تازه های علم شیمی

[Sara12]

تصفیه آب در داخل زمین

دید کلی
آب که بر زمین می‌ریزد و در آن نفوذ می‌کند، از طرفی با تولید نیترات در فرایندهای زیست شناختی و از طرف دیگر بدلیل صاف شدت طبیعی در اثر دخالت پدیده‌های فیزیکی و مکانیکی در داخل زمین مورد تصفیه قرار می‌گیرد.

تولید نیترات
مواد آلی که بوسیله آب حمل می‌شوند، بتدریج که در زمین نفوذ می‌کنند، در اثر کاهش و اکسایش پی در پی متلاشی می‌شوند. مجموع پدیده‌هایی که طی آنها مواد آلی اولیه به نیترات‌های حل پذیر و مستقیما قابل جذب برای گیاه تبدیل می‌شوند، تولید نیترات است. نقش تفکیک مولکول آلبومینوئید مربوط به میکروب‌های هوازی و ناهوازی‌ ای است که در خاک ، زندگی و در اولین مرحله این مولکول را به سوی تبدیل به نمکهای آمونیاکی هدایت می‌کنند.
سپس تحت تاثیر باکتری‌های ویژه ، این نمکها ابتدا به نیتریت و بعد به نیترات تبدیل می‌شوند. بنابراین ، نیتروژن به شکل نیترات بوسیله گیاهان جذب می‌شود. گیاهان نیز مانند فرایند تولید نیترات به شرایطی مانند دما ، رطوبت و اکسایش نیاز دارند، اما حضور آهک نیز بسیار مهم است. به این دلیل است که توانایی تولید نیترات در سازنده‌های رخنه‌دار و سنگ آهک زیاد است، در حالی‌که در زمینهای سیلیسی و از لحاظ آهک ، فقیر این توانایی اندک است.
بطور خلاصه ، تولید نیترات عبارت است از نقطه پایان تبدیل محیط آبی به محیط معدنی شده ای که در آن ، میکروبهایی که احتمالا از ابتدا در ماده آلی گفته شده وجود داشته اند، دیگر چندان زنده نمانند. به‌علاوه ، این میکروبها با گونه‌های دیگری که با محیط کاملا سازش یافته‌اند، رقابت حیاتی پیدا می‌کنند و در این مبارزه بیشتر گونه‌های بیماری‌زا از بین می‌روند.

صاف شدن طبیعی
از طریق صاف شدن طبیعی ، میکروبهایی که بوسیله مواد آلی حمل می‌شوند، بدلیلی مکانیکی که نتیجه در هم بر هم بودن دانه‌های تشکیل دهنده سازند تراواست، متوقف می‌شوند. مبنای این فرایند تصفیه ، پدیده جذب سطحی است. منظور از پدیده جذب سطحی ، خاصیت بعضی اجسام جامد است که می‌توانند اجسام محلول ، معلق یا کلوئیدی را در سطح خود نگهدارند. پدیده جذب سطحی ، پدیده ای کاملا فیزیکی دارای ماهیت الکتروستاتیک است.
از طرفی ، چون در خاکهای ماسه‌ای ، این دیواره جذب کننده از سطح گسترده دانه‌های ماسه تشکیل می‌شود، فوق العاده وسیع است. بنابراین ، تصفیه در مسافت که متغیری تابع قطر و نظم دانه‌ها و نیز نحوه آرایش درونی لایه است، انجام می‌شود.
یادآور می‌شویم که صاف شدن طبیعی در زمینهایی که نمونه بزرگ آنها تراواست، نیز بر اساس پدیده جذب سطحی امکان‌پذیر است، مشروط بر اینکه رخنه‌های سنگهای تشکیل دهنده این زمینها بسیار باریک باشند یا رخنه‌های پهن آنها با مواد ریز پر شده باشند. در این زمینها ، مدت تماس با جداره‌ها نقش عمده ای دارد. بنابراین ، عمل صاف شدن آبهایی که از گل سفید یا سنگ آهک سرچشمه می‌گیرند، در صورتی خوب انجام می‌شود که آب در آنها به آرامی حرکتند.
همچنین اگر رگه آبدار دارای زمینهای پوششی با ضخامت کافی باشد، اطمینان بیشتر خواهد بود.

سرعت گردش آب در زمین
بعلت متغیر بودن سرعت گردش آب در زمین ، فقط ارقام تقریبی می‌توان ذکر کرد. سرعت نفوذ در زمینهای رخنه‌دار در سنگ آهکها 40m و در دیگران 10km در 24 ساعت اندازه‌گیری شده است.
"دینر" (Diener) اطلاعات زیر را برای آبرفتهای منطقه وال دولوار ارائه داده است:

-نزدیک تپه در حوالی منطقه دخول آبهای سطحی: بطور متوسط ، 0,04 متر در ساعت یا یک متر در 24 ساعت.
-نزدیک رود:بطور متوسط 0,2 متر یا 5 متر در 24 ساعت.
در جریان پمپاژها ، سرعت زیاد می‌شود و بین 5 متر تا 20 متر در 24 ساعت تغییر می‌کند. در آبرفتهای ریزتر ، سرعت کمتر است. در فرانکفورت ، سرعتهایی در حدود 0,02 متر در ساعت یا 0,5 متر در 24 ساعت دیده شده است.

[Sara12]

دستگاههای طیف بینی نوری

دید کلی
نخستین دستگاهای طیف بینی ، برای استفاده در ناحیه نور مرئی ابداع شدند و از این رو ، آنها را دستگاههای نوری نامیدند. این اصطلاح ، امروزه در مورد دستگاههایی که برای استفاده در نواحی فرابنفش و زیر قرمز طراحی شده‌اند، نیز تعمیم یافته است. این واژه ، با اینکه کاملا صحیح و دقیق نیست، مع هذا ، از این نظر که بر بسیاری از نکات اساسی عمومی دستگاههای مورد عمل برای مطالعه در این سه ناحیه طیفی مهم تاکید دارد، سودمند است.

اساس روشهای طیف بینی نوری
روشهای طیف بینی نوری ، بر پدیده های نشر ، جذب ، فلوئورسانس ، فسفرسانس و پراکندگی استوارند. ضمن اینکه دستگاههای هر یک از این روشها ، از لحاظ پیکربندی و قدرت متفاوتند، اجزای اصلی آنها از شباهت قابل ملاحظه ای برخوردارند. علاوه بر این ، خواص مورد لزوم این اجزای سازنده ، صرفنظر از نواحی طیفی که این دستگاهها برای آنها طراحی شده‌اند، یکسانند.

اجزای دستگاههای طیف بینی نوری
دستگاههای طیف بینی از پنج جزء سازنده زیر تشکیل شده‌اند:
-منبع ثابت تابش انرژی.
-طول موج گزین ، که جدا سازی ناحیه طول موج محدودی را امکان‌پذیر می‌سازد.
-ظرف شفاف مخصوص نمونه مورد آزمایش.
-آشکار ساز یا ترانسدیوسر تابش که انرژی تابشی را به علامت کاربرد پذیر (معمولا الکتریکی) تبدیل می‌کند.
-پردازشگر علامت و سیستم قرائت.

طیف بینی نشری
از این نظر که در آن به منبع تابشی خارجی نیازی نیست و نمونه آزمایشی ، خود نشر کننده است، با دو نوع دیگر متفاوت است. در اینجا ، ظرف محتوی نمونه آزمایشی یک قوس ، یک جرقه ، یک سطح گرمایی با یک شعله است که هم نمونه آزمایشی را نگه می‌دارد و هم موجب نشر تابش مشخصه آن می‌شود.

طیف بینی جذبی
طیف بینی جذبی به یک منبع خارجی انرژی تابشی نیاز دارد و دسته پرتو خروجی از منبع ، پس از عبور از طول موج گزین ، از نمونه آزمایشی عبور می‌کند (در برخی از دستگاهها موضع نمونه آزمایشی و طول موج گزین معکوس است).

فلوئورسانس
فلوئورسانس نیز مانند طیف بینی جذبی به یک منبع خارجی انرژی تابشی نیاز دارد. برای فلوئورسانس ، منبع ، نمونه آز مایشی را که در ظرفی قرار دارد، القا کرده و به نشر تابش مشخصه خود وادار می‌کند و سپس این تابش در زاویه معینی نمبت به منبع (معمولا زاویه 90 درجه) ، اندازه گیری می‌شود.

تفاوت دستگاهها
بدیهی ا ست که اجزای سازنده دستگاهها ، بسته به ناحیه طول موج مورد عمل ، در جزئیات با هم تفاوت دارند. طراحی آنها نیز به کاربرد اولیه دستگاه بستگی دارد، یعنی ، بسته به این است که آیا در تجزیه کیفی یا کمی بکار می‌رود و یا اینکه در طیف بینی اتمی یا مولکولی بکار گرفته می‌شود. مع هذا ، شرایط کار وعملکرد کلی هر نوع جزء سازنده ، صرفنظر از ناحیه طول موج و کاربرد ، مشابهند.

[Sara12]

تهیه نمونه برای طیف سنجی مادون قرمز

اطلاعات اولیه
برای بدست آوردن طیف مادون قرمز یک ترکیب ، باید ترکیب را در یک نگاهدارنده نمونه یا سلول قرار داد. در طیف سنجی مادون قرمز این خود مشکل است. شیشه و پلاستیکها بشدت ، نور سرتاسر ناحیه مادون قرمز طیف را جذب می‌کنند. سلولها باید از مواد یونی ساخته شده باشند، (مثل کلرور سدیم یا برموپتاسیم).
صفحات برمور پتاسیم ، گرانبهاتر از صفحات کلرور سدیم هستند و این مزیت را دارند که می‌توان از آن در محدوده 4000 تا 1400 سانتی‌متر به توان 1- استفاده کرد. از صفحات کلرورسدیم ، بدلیل قیمت نسبتا ارزان آن ، بطور گسترده استفاده می‌شود. محدود فرکانسی مورد استفاده آنها در طیف سنجی از 4000 الی 1650سانتی متر به توان 1- است. کلرورسدیم در 1650 سانتی‌متر به توان 1-شروع به جذب نموده و هر نواری با فرکانس کمتر از این میزان قابل مشاهده نخواهد بود. چون نوارهای با اهمیت اندک در زیر 1650 سانتی‌متر به توان 1- ظاهر می‌شوند، لذا صفحات کلرورسدیم بطور معمول برای طیف سنجی مادون قرمز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مایعات
یک قطره از یک ترکیب آلی مایع بین یک زوج از صفحات صیقل یافته کلرورسدیم یا برمورپتاسیم (که بدانها صفحات نمکی اطلاق می‌گردد) قرار داده می‌شود. وقتی این صفحات را به ملایمت فشار دهیم، لایه نازکی از مایع بین آن دو صفحه تشکیل می‌گردد. طیفی را که از این طریف بدست می‌آیِد، طیف مایع خالص می‌نامند، چرا که از هیچ حلالی استفاده نمی‌شود. صفحات نمکی به‌آسانی می‌شکنند و محلول در آب هستند.
ترکیباتی آلی استفاده شده با این فن باید فاقد آب باشند. زوج صفحات مذکور را در نگاهدارنده در دستگاه مستقر می‌نمایند تا تابش مادون قرمز از آنها عبور نماید.

جامدات
حداقل سه روش معمول برای تهیه یک نمونه جامد برای طیف سنجی وجود دارد.
اولین روش ، مستلزم مخلوط کردن نمونه جامد کاملا پودر شده با برمورپتاسیم پودری و سپس تحت فشار قرار دادن این مخلوط است. برمورپتاسیم تحت فشار ذوب گشته و ترکیب مورد نظر را به‌صورت ماتریس در می‌آورد. حاصل ، یک قرص KBr است که در یک نگاهدارنده در دستگاه طیف سنج قرار داده می‌شود. عیب اصلی این روش این است که برمورپتاسیم ، جاذب آب است که در طیف حاصله ایجاد اشکال می‌نماید. اگر قرص خوبی تهیه گردد، طیف بدست آمده دارای نوارهای مزاحم نخواهد بود، زیرا برمورپتاسیم تا cm-1 400 شفاف است.
دومین روش ، یعنی خمی نوژول ، مستلزم خرد کردن ترکیب با روغن معدنی (نوژول) است که تعلیقی از نمونه بسیار خرد و توزیع شده در روغن معدنی بدست می‌آید. تعلیق غلیظ بین صفحات نمکی قرار می‌گیرد. نقص اصلی این روش این است که روغن معدنی نوارهای موجود در نمونه مورد مطالعه را می‌پوشاند. نوارهای نوژول در 1462 و 2924 و 1377 cm-1 ظاهر می‌شوند.
سومین روش مرسوم برای جامدات ، حل نمودن ترکیب آلی در یک حلال (معمولترین حلال تتراکلرورکربن ، CCl4) است. بار دیگر همچون مورد روغن معدنی ، برخی از نواحی طیف توسط نوارهای حلال پوشیده می‌شوند. اگر چه امکان حلال از طیف توسط کامپیوتر یا فنون دستگاهی وجود دارد، ولی ناحیه نزدیک 1785cm-1 اغلب توسط نوار کششی قوی C-Cl پوشیده می‌گردد.

[Sara12]

دستگاه طیف سنج ماورای بنفش - مرئی

اطلاعات اولیه
یک دستگاه اسپکتروفتومتر ماورای بنفش – مرئی شامل یک منبع نوری ، یک تکفام‌ساز و یک آشکار کننده است.

منبع نوری
منبع نوری ، عموما یک لامپ دیوتریم است که در ناحیه ماورای بنفش از طیف الکترومغناطیسی تابش می‌کند. منبع نوری دوم یعنی لامپ تنگستن ، برای طولهای موجهای ناحیه مرئی از طیف الکترومغناطیسی بکار می‌رود.

تکفام‌ساز
تکفام‌ساز یک شبکه پراش است و نقش آن ، پخش کردن پرتو نوری به طول موجهای تشکیل شده از آن است. مجموعه ای از روزنه‌ها ، طول موج مورد نظر را بر روی سلول نمونه متمرکز می‌سازند.

آشکار کننده
نوری که از درون سلول نمونه می‌گذرد، به آشکار کننده می‌رسد که آن ، شدت نور عبوری (i) را ثبت می‌کند. آشکار کننده عموما یک لوله تکثیر کننده فوتونی است، ولی در دستگاههای جدید از فتودیودها نیز استفاده می‌شود. در یک دستگاه دو پرتویی ، نور ساطع شده از منبع نوری به دو پرتو تقسیم می‌شود: پرتو نمونه و پرتو شاهد. وقتی نمونه ای در مقابل پرتو شاهد نباشد، نور آشکار شده معادل شدت نور ورودی به نمونه است(i0).

سلول نمونه
سلول نمونه باید از ماده ای ساخته شده باشد که نسبت به تابش الکترومغناطیس مورد استفاده در آزمایش ، شفاف باشد. برای طیفهایی که در محدوده مرئی از طیف الکترومغناطیس گرفته می‌شوند، سلولهای مورد استفاده ، از جنس شیشه یا پلاستیک هستند. اما برای طیف گیری در ناحیه ماورای بنفش نمی‌توان از شیشه یا پلاستیک استفاده کرد، زیرا آنها نور ماورای بنفش را جذب می‌کنند. در عوض ، سلولهایی از جنس کوارتز باید استفاده گردند، چرا که کوارتز ، تابش این ناحیه از طیف را جذب نمی‌کند.

محدوده عمل دستگاه شرح داده شده
دستگاهی که شرح آن رفت، فقط برای کار در یک طول موج بسیار مناسب است. اگر طیف جامعی مورد نظر باشد، در آن صورت این نوع دستگاه دارای نواقصی خواهد بود. یک سیستم مکانیکی جهت چرخش تکفام‌ساز و ایجاد روبش تمامی طول موجهای مورد نظر ضروری خواهد بود. این نوع سیستم آهسته عمل می‌کند و بنابراین ، زمان قابل توجهی برای ثبت یک طیف مورد نیاز است.

اسپکتروفتومترهای جدید
تغییر جدید در راستای بهبود کیفیت اسپکتروفتومتری قدیمی ، ابداع اسپکتروفتومترهای ردیف دیودی است. یک ردیف دیود ، شامل مجموعه ای از آشکارسازهای فتودیودی است که در کنار یکدیگر بر روی یک بلور سیلیسیم قرار گرفته‌اند. هر دیود ، جهت ثبت نوار باریکی از طیف طراحی شده است. این دیودها به گونه ای به یکدیگر مرتبط شده‌اند که سرتاسر طیف در یک زمان ثبت می‌گردد.
این نوع آشکار کننده دارای هیچ قسمت متحرکی نبوده ، می‌تواند طیفها را به‌سرعت ثبت کند. علاوه بر این ، خروجی آن به یک کامپیوتر داده شده که قادر است اطلاعات را پردازش کرده و فرمتهای خروجی مفید و متنوعی را فراهم سازد. از آنجا که تعداد فتودیودها محدود هستند، لذا سرعت و محاسن این نوع دستگاه به قیمت کاهش اندک قدرت تفکیک تمام می‌شود. این مزایای زیاد این گونه دستگاه به از دست‌دهی قدرت تفکیک ، سرآمد است.

[Sara12]

رادیکال آزاد

رادیکال آزاد، هر یک از اتمها و یا مولکولهایی است که دارای یک الکترون جفت نشده باشند. به عبارتی رادیکالها، مولکولها یا اتمهایی هستند که تمام والانس‌های آن سیر نشده و در واقع مولکولی اشباع نشده می‌باشد مثل رادیکال متیل (CH3.). رادیکالهای آزاد موجب فشارهای جزئی به میزان کمتر از6- 10 میلی‌متر جیوه شده و از طول عمر کوتاهی (معمولا کمتر از 3- 10 ثانیه) برخوردارند. وجود زودگذر چنین اتمها و رادیکالهایی توسط مطالعات اسپکتروسکوپی ثابت شده است.

دید کلی
هر چند که در ساده‌ ترین تعریف، رادیکال آزاد، هر یک از مولکولها و اتمهایی است که دارای یک الکترون جفت نشده باشند. ولی باید توجه داشت که مولکولهایی مانند اکسید نیتریک و اکسیژن نیز از این قاعده پیروی می‌کنند، لکن بصورت عادی نمی‌توانند از باب رادیکالهای آزاد مطرح باشند بنابراین این اصطلاح (یعنی رادیکال آزاد) شامل مولکولهای عادی پایدار نمی‌شود. از جمله رادیکالهای آزاد ساده می‌توان به CH3 ,CN ,OH ,Cl ,H اشاره کرد. چنینی رادیکالهایی از اهمیت فوق العاده‌ای در واکنشهای گرمایی و فتوشیمیایی، پلیمریزاسیون و احتراق برخوردارند. آنها در هر دو فاز مایع و گازی دارای اهمیت می‌باشند، لکن به هر حال دستگاههای فاز گازی بسیار ساده تر بوده و تفسیر قاطعانه‌تری را اجازه می‌دهند. با وجود این حتی در فاز گازی، روشهای تجربی بناچار پیچیده و غیر مستقیم هستند، زیرا موادی با چنین طول عمر کوتاه را نمی‌توان در غلظتهای زیاد تهیه کرد. بنابراین چنین عواملی، امکان تهیه، ارزیابی و شناسایی رادیکالها را با اشکالات بسیار زیاد مواجه می‌سازد.

تاریخچه
در طول قرن نوزده میلادی غالبا رادیکالهای آزاد بصورت ناصحیح بعنوان اصل مسلم در نظر گرفته می‌شده‌اند. فرضیه آووگادرو بوسیله شیمیدانان مواد آلی آن زمان بصورت جدی مورد توجه واقع نشده بود و موادی مانند C2H6 غالبا بصورت CH3 توصیف می‌گردید. با پایان یافتن قرن نوزده میلادی، این وضعیت مورد بررسی قرار گرفت و امکان موجودیت رادیکالهای آزاد، با کشف تری‌فنیل‌متیل‌رادیکال بوسیله گامبرگ "Moses Gomberg" به وضوح تایید شد. پس از این تاریخ بسیاری از رادیکالهای آزاد کشف و چنینی ترکیباتی در مکانیزمهای شیمی آلی بعنوان یک اصل پذیرفته شد.

تشکیل رادیکال آزاد
بطور کلی، رادیکالهای آزاد بوسیله شکستگی یک پیوند در یک مولکول پایدار، با بوجود آمدن دو قطعه که هر یک از آنها حاوی یک الکترون جفت نشده است، تشکیل می‌شوند.

R1__R2 <------> R1. + .R2

باید توجه داشت که امکان دارد قطعات حاصله بطریقی تغییر شکل یابند و بویژه این تغییر شکل از ترکیب شدن مجدد آنها شود. در بسیاری از موارد، ترکیب شدن مجدد تقریبا در هر برخورد R1 و R2 با همنوع خود رخ می‌دهد و ترکیب مخلوط تعادلی تحت شرایط معمولی، دلالت بر تجزیه مقدار بسیار کمی از ترکیب به رادیکالها می‌نماید. همچنین بسیاری از روشهای دیگر نیز باستثنای ترکیب شدن مجدد مورد ملاحظه قرار گرفته است که با استفاده از آنها، رادیکالها تغییر شکل داده اند. رادیکالها از طول عمر کوتاهی (معمولا کمتر از 3- 10 ثانیه) برخوردارند و به همین دلیل آنها غالبا دارای اهمیت بسیار زیادی در علم سینتیک واکنش هستند.

روشهای تهیه رادیکال آزاد
روشهای متداول تهیه رادیکالهای آزاد را می‌توان به سه نوع گرمایی، الکتریکی و فتوشیمیایی تقسیم نمود:

روش گرمایی
در روشهای گرمایی، یک مولکول پایدار در درجه حرارت زیاد تجزیه می‌شود. باید توجه داشت که در شرایط استثنایی امکان دارد که در یک حالت تعادلی، تفکیک بسوی رادیکالها قابل ملاحظه باشد. بنابراین امکان دارد که اتمهای هیدروژن بوسیله حرارت دادن به هیدروژن در یک درجه حرارت بسیار زیادی تهیه شوند:

.H2 <----> 2H

بعنوان مثال در دمای 1900 k˚ این حالت تعادلی در فشار یک اتمسفر بسوی 1% تفکیک سوق داده می‌شود.
همچنین در چند مورد، تفکیک بسوی رادیکالها در دمای اطاق در موادی در محلول، مشاهده شده است. بدین ترتیب امکان تهیه رادیکالها، در غلظتهای زیاد و با طول عمر قابل ملاحظه وجود دارد. از جمله مواردی که می‌توان بدان اشاره کرد، هگزا فنیل‌اتان است که در محلول بنزن در 5 درجه سانتیگراد تا حد 3% به رادیکالهای تری‌فنیل‌متیل با غلظت 3-2% تفکیک شده و نیز هگزا- (پارا- بی- فنیلیل)-اتان است که واقعا در شرایط مشابه تا حد 100% تفکیک شده است.
به هر حال معمولا تجزیه های گرمایی برگشت ناپذیر می‌باشند. در این حال اکثر مواد آلی گازی تماما و یا قسمتی از آنها بوسیله مکانیزمی که طی آن، شکافتن مولکول بسوی رادیکالها با تشکیل دو رادیکال متیل آغاز می‌شود، تجزیه می‌گردند.

C2H6 <-------> 2 .CH3

روش الکتریکی
در روش الکتریکی رادیکالها را می‌توان از طریق عبور گاز مورد نظر از مکانی که یک تخلیه الکتریکی در سرعت زیاد در آن برقرار می‌شود، تهیه نمود. در این روش طیفهای اتمی تهیه می‌شوند و از این روش غالبا برای بررسی واکنشهای شیمیایی اتمهای هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن استفاده می‌گردد.

روش فتوشیمیایی
از جمله روشهایی که برای تهیه رادیکالهای آزاد بسیار عمومیت دارد، روشهای فتوشیمیایی است. تقریبا کلیه ترکیبات آلی گازی به روش فتوشیمیایی از مسیر رادیکالهای آزاد تجزیه می‌شوند و این روش از کاربرد گسترده‌ای برخوردار است. بدین روش، دو ماده کلر و استون در حد گسترده‌ای مورد استفاده واقع می‌شوند. کلر در تابش نور در ناحیه پیوسته طیف جذبی خود به اتمهای کلر تجزیه می‌شود.

cl2 + hv <------> 2.cl

بسیاری از واکنشهای اتمهای کلر بدین روش مورد بررسی قرار گرفته‌اند. همچنین فتولیز "photolysis" استون در حد گسترده‌ای مورد بررسی قرار گرفته است. در چنین واکنشی بدون هیچ گونه ابهامی ثابت شده است که شکافت اولیه با استفاده از تابش گستره 2537 تا 3130 آنگستروم رخ می‌دهد.

CH3COCH3+ hv <---------> .CH3CO+ .CH3

این واکنش یکی از عمومی‌ترین منابع تهیه رادیکالهای متیل و استیل است.
تابش امواج با طول موج کوتاه و ذرات بنیادی پر انرژی (مانند آنچه در فروپاشیهای هسته‌ای ملاحظه می‌شود) نیز امکان دارد که بسوی تهیه رادیکالها و یونها سوق داده شود. باید توجه داشت که چنین سیستمهایی همه روزه از اهمیت بیشتری برخوردار می‌شوند، لکن معمولا پیچیده هستند.

شناسایی رادیکالها
اولین روشهای شناسایی رادیکالها، مستلزم در نظر گرفتن خواص شیمیایی آنها بوده است. بعدها از روش های مطمئن‌تری مانند طیف سنجی جذبی و طیف سنجی جرمی استفاده شد. به طور کلی، شناسایی رادیکالها به روشهای زیر انجام می‌گیرد:

روشهای شیمیایی
-ازاله آئینه (mirror removal method)
-گیر اندازی رادیکالها

[Sara12]

آلاینده های شیمیایی هوا

مقدمه کلی
آلاینده‌ها بر حسب ترکیب شیمیایی‌شان ، به دو گروه آلی و معدنی تقسیم می‌شوند. ترکیبات آلی حاوی کربن و هیدروژن هستند. برخی از ذرات آلی که بیش از سایر ذرات آلی در اتمسفر یافت می‌شوند، عبارتند از: فنلها ، اسیدهای آلی و الکلها. معروفترین ذرات معدنی موجود در اتمسفر عبارتند از نیتراتها ، سولفاتها و فلزاتی مانند آهن ، سرب ، روی و وانادیم.

منابع آلاینده‌ها
هوا دارای آلاینده‌های طبیعی نظیر هاگهای قارچها ، تخم گیاهان ، ذرات معلق نمک و دود و ذرات غبار حاصل از آتش جنگلها و فوران آتشفشانهاست. همچنین هوا حاوی گاز منوکسید کربن تولید شده به شکل طبیعی (CO) حاصل از تجزیه متان (CH4) و هیدروکربنها به شکل ترپنهای ناشی از درختان کاج ، سولفید هیدروژن (H2S) و متان (CH4) حاصل از تجزیه بی‌هوازی مواد آلی می‌باشد.
منابع آلاینده‌ها را بطور کلی می‌توان در چهار گروه اصلی طبقه بندی کرد: شامل وسائط نقلیه موتوری ، وسائط نقلیه هوایی ، ترنها ، کشتی‌ها و هر نوع استفاده و یا تبخیر بنزین ، در بر گیرنده تامین انرژی و حرارت لازم برای مقاصد مسکونی ، تجاری و صنعتی ، نیروگاههای مولد برق که با نیروی بخار کار می‌کنند، مانند صنایع شیمیایی ، متالوژی ، تولید کاغذ و پالایشگاههای تصفیه نفت ، شامل زایدات ناشی از مصارف خانگی و تجاری ، زایدات زغال سنگ و خاکستر باقیمانده از سوزاندن بقایای کشاورزی.

هیدروکربنها
ترکیبات آلی که تنها دارای هیدروژن و کربن هستند، به نام هیدروکربن نام می‌گیرند که بطور کلی به دو گروه آلیفاتیک و آروماتیک تقسیم می‌شوند.

هیدروکربنهای آلیفاتیک
گروه هیدروکربنهای آلیفاتیک شامل آلکانها ، آلکنها و آلکینها هستند. آلکانها عبارتند از: هیدروکربنهای اشباع شده که در واکنشهای فتوشیمیایی اتمسفر نقش ندارند. آلکنها که معمولا به نام اولفین‌ها خوانده می‌شوند، اشباع نشده هستند و در اتمسفر از لحاظ فتوشیمیایی تا حدودی فعال‌اند. این گروه در حضور نور خورشید با اکسید نیتروژن در غلظتهای زیاد واکنش نشان می‌دهند و آلاینده‌های ثانوی مانند پراکسی استیل نیترات (PAN) و ازن (O3) را بوجود می‌آورند. هیدروکربنهای آلیفاتیک تولید شده تا حدود (326mg/m3) برای سلامت انسان و جانوران خطرساز نیست.

هیدروکربنهای آروماتیک
هیدروکربنهای آروماتیک که از لحاظ بیوشیمیایی و بیولوژیکی فعال و برخی از آنها بالقوه سرطانزا هستند، یا از بنزن مشتق شده‌اند و یا به آن مربوط می‌شوند. افزایش میزان ابتلا به سرطان ریه در نواحی شهری به هیدروکربنهای چند هسته‌ای خارج شده از اگزوز اتومبیل‌ها نسبت داده شده است. بنزوپیرین ، سرطانزاترین هیدروکربنهاست. بنزاسفنانتریلین ، بنزوانتراسین و کریزین هم مواد سرطانزای ضعیف‌اند.

منابع هیدروکربنها
میل‌لنگها و کاربراتورها ، بیشترین درصد آزادسازی هیدروکربنها را به خود اختصاص داده‌اند. تجهیزات سوزاننده مکمل که با کاتالیست کار می‌کنند، هیدروکربنها را آزاد کرده و منوکسید کربن را سوزانده و تولید CO2 و آب می‌نمایند.

تکنولوژی کنترل هیدروکربنهای متصاعد شده از منابع ساکن
تکنولوژی کنترل هیدروکربنهای متصاعد شده از منابع ساکن عبارتند از: خاکستر سازی ، جذب ، تراکم و جایگزین نمودن سایر مواد.
فرآیند خاکسترسازی با دستگاههای سوزاننده مکمل و دستگاههای سوزاننده مکمل کاتالیستی صورت می‌گیرد. جذب سطحی توسط کربن فعال صورت می‌گیرد و جذب هیدروکربنها بوسیله یک محلول شوینده در برجهای سینی‌دار ، شوینده‌های جت و برجهای آکنه ، برجهای پاشنده و شوینده‌های ونتوری صورت می‌گیرد.

منوکسید کربن
گاز منوکسید کربن ، بیرنگ ، بی‌مزه و بی‌بو است و در شرایط عادی از لحاظ شیمیایی بی‌اثر و طول عمر متوسط آن در اتمسفر حدود 2.5 ماه است. در حال حاضر مقدار منو اکسید کربن در اتمسفر بر روی اموال انسانی ، گیاهان و اشیا بی‌اثر یا کم‌اثر است. در غلظتهای زیاد منو کسید کربن ، به علت تمایل زیاد به جذب هموگلوبین می‌تواند در متابولیسم تنفسی انسان بطور جدی اختلال ایجاد نما‌ید.
غلظت منوکسید کربن در نواحی متراکم شهری که ترافیک سنگین و حرکت خودروها کند است، به میزان قابل توجهی افزایش می‌یابد. منابع کربن ، منوکسید کربن طبیعی و انسانی هستند. طبق گزارش آزمایشگاه ملی آرگون ، در اثر اکسیداسیون گاز متان حاصل از مرگ گیاهان سالانه 13.2 میلیون تن CO وارد طبیعت می‌شود. منبع دیگر تولید این ماده ، متابولیسم انسانی است بازدم شخصی که در حال استراحت است بطور تقریبی حاوی CO ، 1ppm است.
استانداردهای کنترل منوکسید کربن
آنگاه که مقدار منوکسید کربن در مدت زمان کوتاهی به حد مرگبار می‌رسد و شرایط اضطراری می‌شود، برای مقابله با چنین شرایطی که مقدار CO بطور متوسط در مدت زمان 8 ساعت به (46mg/m3 (40ppm می‌رسد،عملیات شدید کنترلی انجام می‌شوند که عبارتند از: متوقف ساختن کارخانه‌های صنعتی و مسدود نمودن جاده‌هایی که در آنها معمولا ترافیک سنیگن وجود دارد. جذب سطحی ، جذب ، میعان و احتراق روشهای فنی کنترل CO هستند.

اکسیدهای گوگرد
این اکسیدها شامل 6 ترکیب مختلف گازی هستند: منوکسید سولفور (SO) ، دی‌‌اکسید سولفور (SO2) ، تری‌اکسید سولفور (SO) تترا اکسید سولفور (SO4) ، سکو اکسید سولفور (SO2) و هپتو اکسید سولفور (S2O7). در مطالعه آلودگی هوا ، دی‌اکسید سولفور و تری‌اکسید سولفور حائز بیشترین اهمیت است. با توجه به پایداری نسبی SO2 در اتمسفر این کار می‌تواند به عنوان یک عامل اکسید کننده و یا احیا کننده وارد عمل شود.
SO2 که با سایر اجزای موجود در اتمسفر به شکل فتوشیمیایی یا کاتالیستی وارد واکنش می‌شود، می‌تواند قطرات اسید سولفوریک (H2SO4) و نمکهای اسید سولفوریک را تولید بکند. SO2 با آب وارد واکنش شده ، تولید سولفورو اسید می‌نماید. این اسید ضعیف با بیش از 80% SO2 آزاد شده در اتمسفر ناشی از فعالیتهای انسانی به سوزاندن سوختهای جامد و فسیلی مربوط می‌شود.

استانداردهای کنترل اکسیدهای ‌سولفور
روشهای گسترده جهت کنترل اکسید سولفور عبارتند از: بکارگیری سوختهای دارای گوگرد کمتر ، جداسازی گوگرد از سوخت ، جایگزین ساختن منابع انرژی‌زای دیگر ، تبدیل زغال سنگ به مایع یا گاز ، پاکسازی محصولات حاصل از احتراق.

اکسیدهای نیتروژن
شامل منوکسید نیتروژن (NO) ، دی‌اکسید نیتروژن (NO2) ، نیترو اکسید (N2O) نیتروژن سیسکواکسید (N2O3) ، نیتروژن تترااکسید (N2O4) و نیتروژن پنتواکسید (N2O5) هستند.
دو گاز مهمی در معادلات آلودگی هوا مهم‌اند عبارتند از: اکسید نیتریک (NO) و دی‌اکسید نیتروژن ، دی‌اکسید نیتروژن که از هوا سنگینتر و در آب محلول است، در آب تشکیل اسید نیتریک و یا اسید نیترو و یا اکسید نیتریک (NO) می‌دهد. اسید نیتریک و اسید نیترو در اثر بارندگی به سطح زمین سقوط کرده ، یا با آمونیاک موجود در اتمسفر (NH3) ترکیب شده آمونیم نیترات (NH4NO3) بوجود می‌آورد.
در این مواقع 2NO از اجزای غذایی گیاهان را تشکیل می‌دهد. NO2 یکی از اجزای غذایی گیاهان را تشکیل می‌دهد. NO2 که در دامنه تشعشع فوق‌بنفش جاذب خوب انرژی به شمار می‌رود، در تولید آلاینده‌های ثانوی هوا از قبیل ازن O3 نقش مهمی دارد مقدار NO آزاد شده در اتمسفر به مراتب بیش از مقدار NO2 آزاد شده است. NO در فرآیندهای احتراقی با دمای زیاد و در اثر ترکیب نیتروژن و اکسیژن بوجود می‌آید.

منابع اکسیدهای نیتروژن
برخی از اکسیدهای نیتروژن به صورت طبیعی و برخی به صورت انسانی ایجاد می‌شوند. در اثر آتش‌سوزی جنگل مقدار اندکی NO2 ایجاد می‌شود. تجزیه باکتریایی مواد آلی نیز سبب آزاد شدن NO2 در اتمسفر می‌شود. در واقع منابع تولید کننده NO2 بطور طبیعی تقریبا 10 برابر منابع انسانی که در نواحی شهری دارای تراکم و غلظت هستند می‌باشد. بخش عمده NO2 تولید شده از منابع انسانی مربوط به احتراق سوخت در منابع ساکن و حرکت وسائط نقلیه می‌باشد.

استانداردهای کنترل اکسیدهای نیتروژن
بطور کلی اغلب اندازه گیریهای کنترلی برای NO2 آزاد شده در راستای محدود ساختن شرایط احتراق و کاهش تولید NO2 و همچنین استفاده از تجهیزات متنوع برای حذف NO2 از جریان گازهای خروجی انجام می‌شوند.

اکسید کننده‌های فتوشیمیایی
اکسید ‌کننده‌ها یا اکسید کننده‌های کامل دو عبارتی هستند که برای توصیف مقادیر اکسید ‌‌کننده‌های فتوشیمیایی بکار می‌روند و معمولا نشان‌دهنده قدرت اکسید کنندگی هوای اتمسفر می‌باشند. ازن (O3) که اکسید‌ کننده فتوشیمیایی اصلی است، در حدود 90 درصد از اکسید کننده‌ها را بخود اختصاص می‌دهد. سایر اکسید کننده‌های فتوشیمیایی مهم در کنترل آلودگی هوا عبارتند از: اکسیژن نوزاد (O) ، اکسیژن مولکولی برانگیخته (O2) ، پروکسی آسیل نیترات (PAN) ، پروکسی پروپانول نیترات (PPN) ، پروکسی بوتیل نیترات (PBN) ، دی اکسید نیتروژن (NO2) ، پراکسید هیدروژن (H2O2) و الکیل نیتراتها.

اثرات اکسید‌کننده‌ها
اثرات اکسید‌کننده‌ها بر سلامتی انسان می‌تواند موجب سرفه ، کوتاهی نفس ، گرفتگی راه عبور هوا ، گرفنگی و درد قفسه سینه ، عملکرد نامناسب ششها ، تغییر سلولهای قرمز خون ، آماس خشک و سوزش چشم ، بینی و گلو شوند. اکسید ‌کننده‌های اصلی که به گیاهان آسیب می‌رسانند، عبارتند از PAN , O3 که از خلال روزنه‌های موجود در برگ وارد گیاه شده و در متابولیسم سلول گیاهی دخالت می‌کنند. علائم بوجود آمده از تماس گیاه با PAN عبارتند از: برونزه شدن ، براق شدن و نقره‌ای شده سطح زیرین برگها.
تماس متناوب اکسید ‌کننده‌ها با گیاهان موجب کاهش محصولات می‌شود. اکسید‌ کننده‌ها به سرعت با رنگها ، الاستومرها (اکسید ‌کننده‌ها) الیاف پارچه‌ای و رنگهای نساجی واکنش نشان داده ، آنها را اکسید می‌کند.

استانداردهای کنترل اکسید ‌کننده‌ها
این نکته روشن شده است که حتی اگر هیچ هیدروکربنی در اتمسفر وجود نداشته باشد، تا زمانی که CO و NO2 حضور دارند، مقادیر قابل ملاحظه‌ای از ازن می‌تواند تولید شود. در حال حاضر علیرغم کوششهای منظم بر روی کنترل CO ، هیدروکربنها و NO2 مقادیری از این آلاینده‌ها که برای ایجاد ازن فتوشیمیایی کافی هستند، همچنان در اتمسفر وجود دارد.

[Sara12]

ترموشیمی

دید کلی
انجام یک واکنش شیمیایی با تغییر انرژی همراه می‌باشد. واکنشی که هنگام سوختن گاز طبیعی و هوا صورت می‌گیرد، گرمای لازم برای پختن غذا روی اجاق گاز یا جوشیدن آب را فراهم می‌کند. در مقابل تشکیل گلوکز در فرایند فتوسنتز نیاز به جذب انرژی نورانی خورشید دارد. اکثر واکنشهای شیمیایی گرما تولید می‌کنند. در واکنشهای گرماده ، گرما از مخلوط واکنش به محیط اطراف جریان می‌یابد و اثر این جریان ، افزایش دمای محیط می‌باشد.
واکنشهایی که از محیط اطراف گرما جذب می‌کنند (گرماگیر) زیاد معمول نیستند. در این موارد می‌توان به ذوب شدن یخ اشاره کرد که در این واکنشها جهت جریان گرما ، از اطراف به مخلوط واکنش است. وقتی تکه یخی در لیوان آب داغی ذوب می‌شود، دمای آب را پایین می‌آورد.

واکنشهای شیمیایی از لحاظ ترموشیمی
مقدار گرمای تولید شده یا جذب شده ، در یک واکنش شیمیایی یا یک تغییر فاز را می‌توان با اندازه گیری دما در یک فرایند آدیاباتیک اندازه گیری کرد. از آنجا که اندازه‌گیری تغییرات بسیار کوچک دما امکان پذیر است، روش مطالعه ترمودینامیک واکنشهای شیمیایی و تغییرات فاز با اندازه گیری دما بسیار حساس است.
اگر انجام گرفتن واکنشی در یک سیستم ایزوله با افزایش دما همراه باشد، برای باز گردانیدن آن سیستم به دمای آغازین بایستی اجازه دهیم تا گرما به محیط اطراف منتقل گردد. چنین واکنشی را گرمازا می‌نامیم و گرما ( q ) برای آن منفی می‌باشد. اگر انجام گرفتن یک واکنش در سیتمی ایزوله با کاهش دما همراه باشد، باز گرداندن سیستم به دمای آغازین مستلزم وارد شدن گرما به سیستم است. این واکنشها گرماگیر نام دارند و گرما برای آنها مقدار مثبتی است.

رابطه تولید یا جذب گرما با واکنش شیمیایی
بطور کلی تغییر انرژی مشاهده شده در یک واکنش ناشی از اختلاف بین انرژی محصولات و مواد اولیه می‌باشد. اگر انرژی محصولات واکنش بیش از مواد اولیه باشد، برای انجام واکنش باید به سیستم انرژی دهیم. برعکس اگر انرژی محصولات واکنش کمتر از مواد اولیه باشد، مقداری انرژی به صورت گرما در اثر واکنش آزاد خواهدشد. اکثر واکنشهای انجام شده در آزمایشگاههای شیمی در فشار ثابت انجام می‌شوند ( فشار atm). جریان گرمای این واکنشها به محتوای گرمایی یا آنتالپی آنها بستگی دارد.
جریان گرمایی تمام واکنشهایی که مستقیما در فشار ثابت انجام می‌شوند دقیقا با اختلاف بین آنتالپی محصولات و مواد اولیه آنها برابر است.

واکنش H∆ = مواد اولیه H - محصولات Qp = H

که در این رابطه Qp جریان گرمایی واکنش در فشار ثابت و H محتوای گرمایی یا آنتالپی می‌باشد. البته برای درک رابطه بین تولید یا جذب گرما با واکنش شیمیایی ، از قانون اول ترمودینامیک استفاده می‌شود و دانستن نوع تغییر شیمیایی و اندازه آن ضروری می‌باشد.

H∆ در واکنشهای گرماده و گرماگیر
در واکنشهای گرماده آنتالپی همیشه کاهش می‌یابد (0>H∆). یعنی سیستم واکنش با از دست دادن این آنتالپی ، منبعی برای پخش گرما به محیط اطراف فراهم می‌سازد. برعکس یک واکنش گرماگیر با افزایش آنتالپی همراه می‌باشد (یعنی H∆بزرگتر از صفر است). در حقیقت گرمایی که سیستم جذب می‌کند، آنتالپی را بالا می‌برد.

حالتهای استاندارد در ترموشیمی
برای مشخص کردن حالت مواد واکنش دهنده و فراورده‌ها معمولا واکنشهایی مد نظر هستند که در آنها مواد واکنش دهنده از حالت استاندارد خود به فراورده‌هایی تبدیل می‌شوند که آنها هم در حالت استاندارد هستند. وقتی که اجسام در حالت استاندارد باشند، کمیات ترمودینامیکی را با بالاوند صفر نمایش می‌‌دهند. حالتهای استاندارد در ترمودینامیک شیمیایی به صورت زیر تعریف می شوند.
-حالت استاندارد یک جسم گازی خالص در دمای معین ، همان گاز ایده آل در فشار bar 1 است.
-حالت استاندارد یک مایع خالص در دمای معین ، مایع خالص در فشار bar 1 است.
-حالت استاندارد یک جسم بلوری خالص در دمای معین ، جسم بلوری خالص ، درفشار bar 1 می‌باشد.
-حالت استاندارد یک ماده محلول ، حالتی فرضی از آن ماده در محلول ایده آل ، مولالیته حالت استاندارد ( 1mol kg-1 ) درفشار bar 1 در هر دما می‌باشد.

قوانین ترموشیمی
"لاووازیه" و "لاپلاس" در سال 1870 نشان دادند که گرمای جذب شده در تجزیه یک جسم باید با گرمای آزاد شده در تشکیل آن در همان شرایط ، یکسان باشد. به این ترتیب اگر واکنشی را به صورت معکوس بنویسیم، علامت H∆__ تغییر خواهد کرد.
در سال 1840 "هس" نشان داد که گرمای کلی یک واکنش شیمیایی در فشار ثابت ، بدون در نظر گرفتن حالتهای واسطه واکنش ، مقداری معین می‌باشد. این نکته ، بازتاب این واقعیت تجربی است که آنتالپی ، یک تابع حالت است و به مسیر طی نشده یا تعداد مراحل در مسیر ارتباطی ندارد و اگر واکنشی ، مجموعی از دو یا چند واکنش دیگر باشد، H∆ کل ، مجموع تغییرات آنتالپی واکنشهای دیگر است (قانون هس).
-چون آنتالپی مستقیما با جرم متناسب است، H∆ نیز با مقدار ماده‌ای که ترکیب می‌شود یا در واکنشی تولید می‌شود، متناسب است.
-از طریق قانون هس می‌توان جریان گرمای واکنشی را که محاسبه آن مستقیما از یک مرحله مشکل یا غیر ممکن است تعیین نمود.

گرمای تشکیل
از آنجا که آنتالپیهای مطلق ناشناخته‌اند، به جای آنها از آنتالپی نسبت به یک حالت مرجع استفاده می‌شود که این حالت مرجع گرمای تشکیل یا آنتالپی تشکیل می‌باشد. آنتالپی مولی تشکیل یک ترکیب ( Hf∆ ) برابر است با تغییر H∆ آن در هنگام تشکیل یک مول از این ترکیب ، از عناصرش در حالت پایدار در دمای 25 درجه و فشار atm 1.
آنتالپی تشکیل یک عنصر در حالت استاندارد خود ، درهر دمایی صفر است. می‌توان H∆ هر واکنش را با گرمای تشکیل ترکیبات شرکت کننده ارتباط داد. H∆ هر واکنش برابراست با اختلاف مجموع گرماهای تشکیل محصولات و مجموع گرماهای تشکیل مواد اولیه. آنتالپی‌های تشکیل مواد را می‌توان از روشهای زیر بدست آورد.
-روش گرما سنجی برای واکنشهای ذوب ، تصعید ، تبخیر ، انتقال و … .
-تغییر ثابتهای تعادل در اثر تغییر دما.
-اندازه گیری انرژیهای تفکیک با روش طیف‌بینی.
-محاسبه از طریق انرژیها و آنتروپی‌های گیبس
در کتابهای مرجع آنتالپی‌های تشکیل برای ترکیبات مختلف در دماهای گوناگون در جدولهای مختلفی در دسترس هستند.

[Sara12]

شناساگرهای شیمیایی

دید کلی
در حالت کلی ، شناساگرها ماده ای رنگی است که معمولا از مواد گیاهی اخذ می‌شوند و می‌توانند به شکل اسیدی یا بازی موجودیت یابند. شناساگرها برای شناسایی اسیدها و بازها به ما کمک می‌کنند.

مقدمه
برای تعیین نقطه پایان در حین تیتر کردن از ترکیبات شیمیایی مشخص استفاده می‌شود که در نزدیکی نقطه تعادل در اثر تغییر غلظت مواد تیترشونده شروع به تغییر رنگ می‌کنند. این ترکیبات ، مواد رنگی شناساگر می‌باشند. به عبارتی دیگر ، شناساگرها ماده ای رنگی هستند که رنگ آنها در محیط اسیدی و قلیایی با هم تفاوت دارد.

کاربرد شناساگرها
یکی از ساده ترین راه تخمین کمی ph ، استفاده از یک شناساگر است. با افزودن مقدار کمی از یک شناساگر به یک محلول ، تشخیص اسیدی یا بازی بودن آن ممکن می‌شود. در صورت مشخص بودن ph ، تغییر شناساگر از یک شکل به شکل دیگر ، با توجه به رنگ مشاهده شده ، می‌توان تعیین کرد که ph محلول کم‌تر یا بیشتر از این مقدار است. شیمیدان‌ها از این گونه مواد برای شناسایی اسیدها و بازها کمک می‌گیرند.
شناساگرهای زیادی وجود دارد که معروفترین آنها لیتموس (تورنسل) است که در محیط اسیدی ، قرمز ، در محیط بازی ، آبی و در حدود خنثی بنفش رنگ است. تغییر رنگ آن در نزدیکی ph برابر 7 رخ می‌دهد. در هر حال تغییر رنگ ناگهانی نیست. فنل فتالئین ، معرف دیگری است که بیشتر برای بازها قابل استفاده است. این ماده جامدی سفید رنگ است که در آزمایشگاه محلول الکلی آن را بکار می‌برند. این محلول در محیط اسیدی رنگ و در محیط قلیایی رقیق ارغوانی است.
می‌توان از آب کلم سرخ نیز به‌عنوان یک شناساگر اسید و باز استفاده کرد. از آمیختن شناساگرهای مختلف با یکدیگر نوار کاغذی بدست می‌آید که با یک مقیاس رنگ مقایسه‌ای همراه است و برای اندازه گیری‌های تقریبی ph بطور گسترده کاربرد دارد.

انواع شناساگرها
دو نوع شناساگر داخلی و خارجی را معرفی می‌کنیم:

شناساگر داخلی
اگر به محلول تیتر شونده ، چند قطره از یک شناساگر افزوده شود و پس از پایان عمل تغییر رنگ در محلول ایجاد شود، چنین شناساگری را شناساگر داخلی یا درونی نامند.

شناساگر خارجی
در برخی حالات قبل از آن که نقطه پایان به ظهور برسد، بین شناساگر و محلول تیتر شونده یک واکنش صورت می‌گیرد و در این حالت نقطه پایان بسیار سریع پدیدار می‌شود، مثل تیتر کردن فسفات با استات اورانیل در حضور شناساگر فروسیانور پتاسیم ، فروسیانور پتاسیم با یونهای اورانیل قبل از رسیدن به نقطه پایان واکنش می‌دهد.
برای بدست آوردن نتیجه صحیح و خوب باید به دفعات لازم چند قطره از محلول بالای رسوب ( یا محلولی که پس از صاف کردن رسوب بدست می‌آید ) را در فاصله زمانهای مساوی ، روی یک قطعه کاغذ صافی با شناساگر سیانور پتاسیم آزمایش کرد. چنین شناساگری ، شناساگر خارجی نامیده می‌شود.

[Sara12]

نفتگیر دیاپیری


نفتگیرهای دیاپیری حاصل نفوذ صعودی رسوبات با وزن مخصوص کمتر به درون لایه‌های بالاتر می‌باشد. اکثر نفتگیرهای دیاپیری به واسطه نفوذ نمک به درون لایه‌های بالاتر بوجود آمده است. مواد رسی تحت فشار نیز ممکن است به سمت بالا صعود کنند. وزن مخصوص نمک ۲/۰۳ گرم بر سانتیمتر مکعب می‌باشد. رسها و ماسه‌های تازه دفن شده دارای وزن مخصوص کمتر از نمک بوده که با افزایش عمق دفن شدگی متراکم می‌شود قطعه‌های بین دانه‌ای آن کاهش یافته و در نهایت به وزن مخصوص آن افزوده می‌شود.
وزن مخصوص رسوبات تازه دفن شده در عمق ۸۰۰ تا ۱۲۰۰ متری از نمک بیشتر است. نمک در این مرحله سعی دارد به طرف لایه‌های بالایی حرکت کند. حرکت صعود کننده نمک ممکن است با فعالیت تکتونیکی همراه شود. صعود نمک به بالا ممکن است سبب خم شدگی لایه‌های فوقانی شده و یا کاملا لایه‌های بالایی را بشکافد. نمک بعضی مواقع به سطح زمین رسیده و در نواحی خشک سبب تشکیل گنبد نمکی می‌شود.
تاثیرهای ناشی از حرکت صعود کننده نمک به صورت گوناگون از قبیل برگشتگی لایه‌های کناری و مجاور توده نمک ، گسل خوردگی ، ایجاد بلوکهای مثلثی و تکرار این مورد در بالها و در بخش فوقانی توده نمک بوده که در نهایت سبب تشکیل مخازن نفت می‌شود. نفتگیرها ممکن است قطع قطع و یا تکرار شده و حداکثر تا ۱۰ نفتگیر در مجاورت توده نمک تشکیل شود.
ساختمانهای گنبد سنگی
رسوبات تبخیری غالبا در حوزه‌های بسته ، گرم و در نواحی که مقدار تبخیر به مراتب از جایگزینی آب ورودی بیشتر باشد، تشکیل می‌شود. رسوبات تبخیری در بسیاری نقاط به صورت بین لایه‌ای و چرخه‌ای همراه سنگهای آهکی ، فسیلهای قرمز و سبز نیز یافت شده‌اند. هالیت ، ایندریت و ژیپس تشکیل دهندگان اصلی رسوبات تبخیری می‌باشند. سن رسوبات تبخیری از انیفراکامبرین به بعد می‌باشد. لایه تبخیری دفن شده ممکن است به صورت ستونهایی با ابعاد مختلف صدها و یا هزاران متر را از زیر زمین به سمت بالا طی کند.
نفوذ توده های نمکی تغییر شکل، تغییر شیب. گسل خوردگی، چین خوردگی، واریختگی و غیره لایه‌ها را سبب شده و این امر در تشکیل گروهی از مخازن نفتی نقش بسزایی داشته است. حرکت رو به بالای سنگ منشا ناشی از دیاپیرسیم می‌توانند تا آن حد رسوبات را بالا آورد که رسوبات مذکور در معرض تخریب و فرسایش فیزیکی قرار گیرند. حرکت بالاآورنده سنگهای منشا توسط گنبدهای نمکی نیز سبب نازک شدگی آن سنگها شد. که ممکن است با کاهش پتانسیل گاززایی و یا نفت خیزی آنها همراه شود. علاوه بر این ، حرکت روبه بالا سبب کاهش عمق دفن شدگی رسوبات نیز می‌شود.
پوش سنگ گنبدهای نمکی
پوش سنگ متشکل از ایندریت ، ژیپس ، آهک ، دولومیت و گاهی سولفور می‌باشد. ایندرت بخش اصلی پوش سنگ را شامل شده و بطور مستقیم بر روی توده اصلی قرار می‌گیرد. بر روی ایندریت محدوده مختلط از ژیپس و ایندریت قرار داشته و ممکن است مقداری کلسیت نیز در روی محدود حد واسط متمرکز شود. ضخامت متوسط پوش سنگ حدود ۱۰۰ الی ۱۳۰ متر است.
امروزه نظر بر این است ایندریت و آهک در واقع مواد غیر محلول و همراه نمک بوده که به تدریج با بالا آمدن نمک بر سطح آن متمرکز می شود. گاهی پوش سنگ به طرف به نحوی آویزان می شود. آویزان شدگی پوش سنگ به عواملی نظیر تغییر محور نمک در حین رشد ، افزایش وزن پوش سنگ ، فشار صعود کننده تحت نمک و گرایش آن به کنار توده نفوذی و انحلال توسط چرخش آب سنت داده می‌شود.
منشا گنبدهای نمکی
تئوری منشا ولکانیگی برای گنبدهای نمکی بر اساس این تئوری نمک حاصل جدایش رسوب از گازهای توده‌های نفوذی آذرین عمیقتر بوده که ، پس از این جدایش ، حرکت صعود کننده خود را آغاز کرده است. این نظریه بعدها رد شد. زیرا هیچگونه آثار نفوذی ماگما در زیر توده نفوذی نمک مشاهده نشد.
نظریه نمک حاصل از آبهای زیرزمینی
نمک حاصل رسوب از آب زیرزمینی به خصوص در کنار ، گسلها بوده و نفوذ توده نمک حاصل رشد بلورهای نمک آب زیرزمینی است. این نظریه هم به دلیل عدم توانایی آبهای زیرزمینی در تامین مقدار نمک مورد نیاز بی‌اعتبار شد.
تئوری جریان مواد پلاستیکی
امروزه نظر بر این است که نفوذ توده نمک بر اساس تئوری جریان مواد پلاستیکی ارائه شده توسط نتلتون استوار می‌باشد. بر اساس این تئوری ، نمک و رسوبات هر دو حالت مایع بسیار غلیظ با خاصیت حرکت مواد پلاستیکی را دارا هستند. وزن مخصوص نمک حدود ۲/۰۲ بوده و متر آن با افزایش عمق تغییری پیدا نمی‌کند. در اعماق زیاد با خاصیت پلاستیکی و وزن مخصوص کمتر از رسوبات هم عرض خود به حالت بحرانی رسیده و تحت تاثیر عواملی به شرح زیر از حالت بحرانی خارج شده و شروع به صعود به نواحی کم فشارتر می کند:
ترکیب ، مشخصات ، ضخامت و ارتباط چینه‌ای سازند اصلی نمک
دمای تشکیل نمک که بطور متوسط به ازای هر ۱۰۰ متر عمق ، ۳ درجه سانتیگراد افزوده می‌شود.
فشار وارده بر نمک که به ازای هر فوت یک پوند بر اینچ افزوده می‌شود. آب محتوای نمک و سنگهای مجاور که تاثیر شدیدی بر حالت بحرانی نمک از حالت سکون به حرکت را دارا می‌باشد.
تجمع نفت در نفتگیرهای گنبدهای نمکی تجمع نفت در پوش سنگ ، لایه‌های ماسه‌ای چین خورده فوقانی ، لایه‌های ماسه‌ای مجاور موثر از بالا آمدگی نمک و داری شیب زیاد و حاصل گسل صورت می‌گیرد. اینگونه مخازن بطور کلی دارای وسعت کم و کوچک بوده ولی می‌تواند دارای ستون نفت زیاد باشد. دستیابی به این مخازن مستلزم حفاری دقیق و نشانه روی صحیح به خصوص در نواحی آویزان شده می‌باشد. فشار در مقایسه با عمق گاهی غیر عادی و بسیار زیاد است. نفوذ گاز به درون لایه‌های مجاور به خصوص در سازنده‌‌های کم عمقتر حاوی نفت سنگین متداول می‌باشد.

[Sara12]

نفتگیر چینه ای


مقدمه
تغییرات رخساره‌ای سنگ شناسی در لایه‌ها ممکن است سبب تجمع نفت و گاز شود. این تغییرات در جهات عرضی و قائم لایه‌ها می‌تواند صورت بگیرد. شکل مخازن چینه‌ای بستگی به تغییر در سنگ شناسی و تغییرات رخساره‌ای آن مخازن دارد. مفهوم نفتگیر چینه‌ای برای اولین بار توسط کارل استنباط شد. حد و مرز نفتگیر چینه‌ای از تبدیل سنگهای تراوا و نفوذپذیر به سنگهای غیر تراوا و یا کمتر تراوا مشخص می‌شود این تغییرات بطور معمول در ارتباط با سطوح دگرشیبی ، لایه‌های پیشرونده ، سطوح لایه‌بندی و یا توده‌های متعدد رسوبی می‌باشد.
مرز مخازن چینه‌ای ممکن است تدریجی تا شاخص باشد. اکثر نفتگیرهای چینه‌ای کم و بیش دارای عناصر ساختمانی نیز می‌باشند. نفتگیرهای عاری از عناصر ساختمانی عبارتند از عدسیهای ماسه‌ای ، سنگهای آهکی مرجانی و غیره در بسیاری موارد تشخیص یا تفکیک نفتگیرهای چینه‌ای و ساختمانی از یکدیگر امکان پذیر نبوده و به همین لحاظ بکارگیری مرکب یا حد واسط امری اجتناب ناپذیر می‌شود.
نفت گیر کانالی
نفت و گاز در مسیرهای قدیمی و یا انشعابات رودخانه‌های گذشته تجمع یافته و مورد بهره برداری قرار می‌گیرد. کانال به محیطی گفته می‌شود که عمل انتقال و گاهی رسوب ماسه‌ها و سایر مواد در آن صورت بگیرد. گاهی کانال ، دگرشیبی‌ها را نیز قطع می‌کند. تپه‌ها یا سدهای کانالی به زمینهای ماسه‌ای درون کانال اطلاق می‌شود. مواد پر کننده کانال ممکن است از تخفل و تراوایی بالایی برخوردار بوده و سنگ مخزن مناسبی محسوب شود. حوضه رودخانه‌ای پا در (کرتاسه) نمونه بارز نفتگیر چینه‌ای کانالی است.
نفت‌گیرهای سنگهای آهکی مرجانی
بقایای آهکی مرجانی یا تپه‌های آهکی ارگانیکی ، مخازن نفتی قابل توجهی را در نقاطی از جهان تشکیل می‌دهند بیوهرمها از جمله سنگهای آهکی ارگانیکی و مستعد جهت ذخیره نفت است. گسترش عرضی بیوهرم محدود بوده ولی گسترش طولی آن به خصوص به موازات ساحل و همچنین ضخامت آن می‌تواند قابل ملاحظه باشد. توده‌های آهکی مرجانی دارای پتانسیل نفتی از پرکامبرین تا شیاری شناسایی شده ولی توسعه اصلی آنها در دوران پالئوزئیک و مزوزوئیک بوده است.
منشا هیدرو کربورهای موجود در توده‌های آهکی مرجانی به تغییر و تحولات بیولوژیکی موجوداتی که بقایایی اسکلت آنها به صورت بیوهرم باقیمانده است می‌توان نسبت داده هیدروکربورها در سنگهای تراوا و متخلخل شود. مرجانی ذخیره شده است. مرز مخزن به ناحیه تغییر رخساره‌ای سنگهای تراوا ، به کمتر تراوا و غیر تروا محدود می‌شود یک توده مرجانی مشتمل است از اسکلتهای مرجانی ، قطعات خرد شده مرجانی ، ماسه‌های حاصل موجودات مزاحم و تغذیه کننده و همچنین ماسه‌های ناشی از برخورد امواج دریا به اضافه جلبکها ، فرامنسفرها ، نرم تنان ، خارپوستان و غیره. رشد توده‌های مرجانی در جهت دریا بوده زیرا مواد غذایی زیادتری در این قسمت وجود دارد. در ضمن قطعات خرد شده مرجان ناشی از برخورد امواج در پای دامنه جلویی آن متمرکز می‌شود.
قسمتهای یک توده مرجانی
بطور کلی توده‌های مرجانی از سه بخش تشکیل شده‌اند.
بخش عقبی
بخش عقبی توده‌های مرجانی به طرف ناحیه کم انرژی و آرام مرداب و یا حوضه تبخیری گرایش داشته و رخساره آن متشکل از تناوب لایه‌های آهکی دولومیتی ، لایه‌های قرمز ، مواد تبخیری شیل و ماسه و غیره است.
بخش میانی
بخش میانی یا هسته مرجان از نظر زمین شناسی نفت حائز اهمیت می‌باشد. این بخش از دولومیت و آهکهای ضخیم لایه تشکیل یافته و دارای حفره‌های متعدد و تخلخل فراوان است.
بخش جلویی
بخش جلویی توده مرجانی به سمت دریا متمایل بوده و متشکل از تناوب لایه‌های آهکی ، ماسه‌ای و قطعات خرد شده و واریزه‌های مرجانی است.
نفتگیرهای ماسه‌ای
هر لایه رسوبی ماسه‌ای دارای حدو مرز معینی است ، گروهی عدسی شکل بوده و گروهی بسیار گسترده و پهن می‌باشد. از دیدگاه زمین شناسی نفت لایه‌های ماسه‌ای ممکن است به مرزهای خود محدود بوده و در رسوبات غیر تراوا محصور باشد، مانند ماسه‌های کانالی و ساحلی. همچنین ماسه‌ها ممکن است گسترش بسیار زیاد داشته و مناطق مفید آن در قله تاقدسیها متمرکز شود. این ماسه‌ها بطور معمول تحت نفوذ چین خوردگی قرار می‌گیرد. ابعاد توده‌های ماسه‌ای عدسی شکل و محصور بین لایه‌های غیر تراوا از چند کیلومتر ***** نمی‌کند.
عدسیهای ماسه‌ای دارای مرز مشخص بوده و یا این که از شرایط مرز تدریجی با سنگهای مجاور برخوردار می‌باشد. این عدسیها بطور همزمان و یا کمی پس از تشکیل سنگهای مجاور ایجاد شده است. کوارتز آناریت ، آرکوز و انواع لیت آرناریت‌ها از جمله مواد اصلی توده‌های ماسه‌ای می‌باشد. قطعات آذرین مانند بازالت و سرپانتین نیز بطور موضعی مشاهده شده است.
نفتگیرهای ماسه‌ای دریایی (ساحلی)
این نفتگیرها از جمله نفتگیرهای چینه‌ای اولیه بوده و جهت تشخیص و تمایز آنها می‌توان از خوصیات زیر استفاده کرد.
دارای کف و سطح محدب فوقانی می‌باشد.
دارای کناره‌های مجزا و مشخص است. هر عدسی بطور مجزا دارای شکل آن شلاق می‌باشد.
مرز عدسی به طرف دریا به صورت شاخص و در تماس با شیل بوده ولی به طرف ساحل و در صورت وجود مرداب شیل مارس و سنگ غیر تراوا و کم تراوا تبدیل می‌شود.
خصوصیات سنگ شناسی ، گویای جورشدگی بافت و ترکیب کانی شناسی بطور همسان و موازی با کناره‌های توده ماسه سنگی می‌باشد.
جور شدگی ، همسانتر از ماسه‌های حاصل از پر شدگی کانال می‌باشد.
تولید در ماسه‌های همسانتر بیشتر از ماسه‌های پر شده رودخانه‌ای است.
نفتگیرهای ماسه‌های کانالهای رودخانه‌ای و مانورهای مدفون
این نمونه هم از جمله نفتگیرها چینه‌ای اوایه بوده و جهت تشخیص آن می‌توان از خوصیات زیر استفاده کرد.
دارای کف معقر می‌باشد.
ترکیب و خصوصیات مواد متشکله به خوبی متغیر است.
از بالا به صورت ماندر ، سینوسی و انحنادار دیده می‌شود. معبر قدیمی ممکن است رسوبات قدیمی‌تر را حفر کند.