همه چیز درباره شیمی(برگرفته از سایت رشد)

 

علم شیمی

 

شاخه‌ای از علوم تجربی است که از یک سو درباره شناخت خواص ، ساختار و ارتباط بین خواص و ساختار مواد و قوانین مربوط به آنها بحث می‌کند. از سوی دیگر ، راههای تهیه ، استخراج مواد خالص از منابع طبیعی ، تبدیل مواد به یکدیگر و یا سنتز آنها به روشی که به صرفه مقرون باشد، مورد بحث و بررسی قرار می‌د‌هند. این علم با ترکیب و ساختار و نیروهایی که این ساختارها را برپا نگه داشته است، سروکار دارد. شرح تفصیلی درباره چگونگی واکنش‌ها و سرعت پیشرفت آنها ، شرایط لازم برای فراهم آوردن تغییرات مطلوب و جلوگیری از تغییرات نامطلوب ، تغییرات انرژی که با واکنش‌های شیمیایی همراه است، سنتز موادی که در طبیعت صورت می‌گیرد و آنهایی که مشابه طبیعی ندارند و بالاخره روابط کمی جرمی بین مواد در تغییرات شیمیایی در علم شیمی مورد مطالعه قرار می‌گیرد.

پیدایش دانش شیمی(Chemistry science)

انسان از بدو خلقت که بناچار پیوسته با اشیای محیط زیست خود سرو کار پیدا کرد، با شناخت تدریجی نیازهای زندگی خویش و کسب اطلاعات بیشتری درباره خواص آنها ، آموخت که برای ادامه حیات خود به ناچار باید از آنها استفاده کند. با گذشت زمان دریافت که برای استفاده هر چه بیشتر و بهتر از این مواد ، باید در وضعیت و کیفیت آنها تغییراتی وارد کند. این کار با استفاده از گرما و بویژه کشف آتش بصورت عملی در آمده بود.

آغاز دانش بشری را در واقع می‌توان همان آغاز استفاده از آتش دانست. زیرا گرم کردن و پختن مواد و … ، تغییراتی شیمیایی می‌باشد و این خود نشان دهنده این واقعیت است که شیمی ، علمی است که در ارتباط با اولین و حیاتی‌ترین نیازهای جامعه بشری بوجود آمده و برای برآورده کردن هر چه بیشتر این نیازها که روز به روز تنوع حاصل می‌کرد، توسعه و تکام یافته است.

از آنجایی که شیمی ، علم تجربی است و بشر اولیه قبل از هر نوع تفکر و نظریه پردازی ساختار و چگونگی پیدایش مواد موجود در محیط زیست خود ، در اندیشه حفظ خود از سرما و آزمایش‌های مربوط به گرما ، رفع گرسنگی و احتمالا دفاع از هستی خویش بوده و در راه دسترسی به چگونگی تغییر و تبدیل آنها به منظور استفاده هر چه بهتر و بیشتر از آنها قدم برمی‌داشت، بر همین اساس بود که بخش شیمی نظری خیلی دیرتر از بخش کاربردی آن آغاز شد و پیشرفت کرد. 

سیر تکامی و رشد

اولین نظریه درباره ساختار مواد ، حدود 400 سال قبل از میلاد توسط فلاسفه یونان بیان شد، در صورتی که شاخه کاربردی شیمی چندین هزار سال قبل از میلاد رواج داشت و قابلیت توجیه پیدا کرده بود. به چند مورد اشاره می‌کنیم.

• طلا ، اولین فلزی بود که توسط بشر کشف شد و نقره پس از طلا کشف شد و در زندگی بشر کاربرد پیدا کرد.
  
  مس سومین فلزی بود که کشف شد. سرب ، قلع و جیوه بعد از مس و قبل از آهن کشف شدند.
  
  آهن به علت دشواریهایی که در استخراج آن وجود داشت، دیرتر از فلزات فوق کشف و مورد استفاده قرار گرفت.

• ساختن شیشه رنگی (سبز و آبی) و شیشه بی‌رنگ در مصر و بین‌النهرین و در کشورهای مجاور دریای اژه و دریای سیاه و تهیه بطری‌های شیشه‌ای در بین‌النهرین متداول شد.

• کوزه‌گری ، سفالگری و استفاده از لوحه‌های سفالی و تهیه لعاب و لعاب دادن ظروف سفالی در مصر و بین‌النهرین متداول شد.

• تهیه پارچه‌های نخی ، ابریشمی و پشمی و رنگرزی آنها با رنگهای نیلی ارغوانی و قرمز و … رواج یافت. رنگ قرمز از حشره‌ای به نام قرمزدانه ، رنگ نیلی از گیاهی بنام ایندیگو و رنگ بنفش از جانور دریایی بدست آمد.

• دباغی پوست با استفاده از زاجها ، تهیه الکل ، سرکه ، روغن ، مومیا و استخراج نمک از آب دریا انجام گرفت.

طبقه‌بندی علم شیمی

شیمی محض یا شیمی نظری

درباره شناخت خواص و ساختار و ارتباط خواص و ساختار مواد و قوانین مربوط به آنها بحث می‌کند. 

شیمی عملی یا شیمی کاربردی

راههای تهیه ، استخراج مواد خالص از منابع طبیعی ، تبدیل مواد به یکدیگر و یا سنتز آنها را مورد بررسی قرار می‌دهد. 

دامنه علم شیمی

بدین ترتیب دامنه علم شیمی در زمینه‌های نظری و عملی فوق‌العاده گسترش حاصل کرد و نقشهای حساس را در زندگی انسان به عهده گرفت. بطوری که امروزه میزان برخورداری هر جامعه از تکنولوژی شیمیایی ، معیار قدرت و ثروت و رفاه آن جامعه محسوب شده و بصورت جزئی از فلسفه زندگی در آمده است.

شیمی نظری

دید کلی

شیمی را می‌توان به صورت علمی که با توصیف ویژگیها ، ترکیب و تبدیلات ماده سروکار دارد، تعریف کرد. اما این تعریف ، نارساست. این تعریف ، بیانگر روح شیمی نیست. شیمی همچون دیگر علوم ، سازمانی زنده و در حال رشد است، نه انباره‌ای از اطلاعات. علم ، خاصیت تکوین خودبخود دارد. ماهیت هر مفهوم تازه آن ، خود محرک مشاهده و آزمایشی جدید است که به بهبود بیش از پیش آن مفهوم و سرانجام به توسعه دیگر مفاهیم می‌انجامد.

از آنجا که زمینه‌های علمی همپوشانی دارند، مرز متمایزی میان آنها نمی‌توان یافت و در نتیجه مفاهیم و روشهای علمی کاربرد همگانی پیدا می‌کنند. در پرتو این گونه رشد علمی ، دیگر تعجبی ندارد که یک پژوهش علمی معین ، بارها از مرزهای مصنوعی و پرداخته ذهن بشر بگذرد. 

قلمرو شیمی مفهومی متعارف

علم شیمی با ترکیب و ساختار مواد و نیروهایی که این ساختارها را بر پا نگه داشته است، سروکار دارد. خواص فیزیکی مواد از این رو مورد مطالعه قرار می‌گیرند که سرنخی از مشخصات ساختاری آنها را بدست می‌دهند و به عنوان مبنایی برای تعیین هویت و طبقه‌بندی بکار می‌روند و کاربردهای ممکن هر ماده بخصوص را مشخص می‌کنند. اماواکنشهای شیمیایی ، کانون علم شیمی هستند. توجه علم شیمی به هر گوشه قابل تصوری از این تغییر و تبدیلها کشیده می‌شود و شامل ملاحظاتی است از این قبیل:

• شرح تفصیلی درباره چگونگی واکنشهای و سرعت پیشرفت آنها

• شرایط لازم برای فراهم کردن تغییرات مطلوب و جلوگیری از تغییرات نامطلوب

• تغییرات انرژی که با واکنشهای شیمیایی همراه است.

• سنتز موادی که در طبیعت صورت می‌گیرد.

• سنتز موادی که مشابه طبیعی ندارند.

• روابط کمّی جرمی بین مواد در تغییرات شیمیایی.

پیدایش شیمی جدید

شیمی جدید که در اواخر سده هیجدهم ظاهر شده است، طی صدها سال ، توسعه یافته است. داستان توسعه شیمی را تقریبا به پنج دوره می‌توان تقسیم کرد: 

فنون عملی

این فنون تا 600 سال قبل از میلاد مسیح رایج بوده است. تولید فلز از کانه‌ها ، سفالگری ، تخمیر ، پخت و پز ، تهیه رنگ و دارو فنونی باستانی است. شواهد باستان شناسی ثابت می‌کند که ساکنان مصر باستان و بین‌النهرین در این حرفه‌ها مهارت داشته‌اند. ولی چگونه و چه وقت این حرفه‌ها برای نخستین بار پیدا شده‌اند، معلوم نیست.

در این دوره ، فنون مذکور که در واقع فرایندهای شیمیایی هستند، توسعه بسیار یافته‌اند. اما این توسعه و پیشرفت ، تجربی بوده است، بدین معنی که مبنای آن تنها تجربه عملی بوده، بدون آنکه تکیه گاهی بر اصول شیمیایی داشته باشد. فلزکاران مصری می‌دانستند که چگونه از گرم کردن کانه مالاشیت با زغال ، مس بدست آورند، ولی نمی‌دانستند و در صدد دانستن آن هم نبودند که چرا این فرایند موثر واقع می‌شود و آنچه در آتش صورت می‌گیرد، واقعا چیست؟ 

نظریه‌های یونانی

این نظریه‌ها از 600 تا 300 سال قبل از میلاد عنوان شدند. جنبه فلسفی یا جنبه نظری شیمی حدود 600 سال قبل از میلاد در یونان باستان آغاز شد. اساس علم یونانی ، جستجوی اصولی بود که از طریق آن ادراکی از طبیعت حاصل شود. دو نظریه یونانی در سده‌های واپسین اهمیت فراوان یافت:

• این مفهوم که تمام مواد موجود در زمین ، ترکیبی از چهار عنصر (خاک ، باد ، آتش و آب) است، به نسبتهای گوناگون ، از اندیشه‌های فیلسوفان یونانی این دوره نشات یافته است.

• این نظریه که ماده از آحاد مجزا و جدا از همی به نام اتم ترکیب یافته است، بوسیله لوسیپوس پیشنهاد شد و دموکرتیس آن را در سده پنجم ق.م. توسعه داد.
  
  نظریه افلاطون این بود که اتمهای یک عنصر از لحاظ شکل با اتمهای عنصر دیگر تفاوت دارد. علاوه بر این ، او باور داشت که اتم‌های یک عنصر می‌توانند با تغییر شکل به اتمهایی از نوع دیگر تغییر یابند یا استحاله پیدا کنند. مفهوم استحاله در نظریه‌های ارسطو نیز منعکس است.
  
  ارسطو (که به وجود اتمها معتقد نبود) می‌گفت که عناصر و بنابراین تمام مواد از ماده اولیه یکسانی ترکیب یافته‌اند و تفاوت آنها فقط از لحاظ صورتهایی است که این ماده اولیه به خود می‌گیرد. به نظر ارسطو ، صورت ماده نه تنها شکل ، بلکه کیفیتها (از لحاظ رنگ ، سختی و غیره) را نیز دربر می‌گیرد و همین صورت است که ماده‌ای را از ماده دیگر متمایز می‌کند. او می‌گفت که تغییر صورت پیوسته در طبیعت صورت می‌گیرد و تمام اشیای مادی (جاندار و بی جان) از صورتهای نابالغ به صورتهای بالغ رشد و تکامل می‌یابند.
  
  در سراسر قرون وسطی باور این بود که کانی‌ها رشد می‌کنند و هرگاه کانیها از معادن استخراج شوند، معادن بار دیگر از کانیها پر می‌شوند.

کیمیاگری

کیمیاگری از 300 سال قبل از میلاد تا حدود 1650 میلادی رایج بود. سنت فلسفی یونان باستان و تجارت صنعتگران مصر باستان در شهری که بوسیله اسکندر کبیر در 331 ق.م. بنا شد یعنی اسکندریه مصر ، با هم جمع شدند و حاصل آمیزش آنها ، کیمیاگری بود. کیمیاگران اولیه برای ابداع نظریه‌هایی درباره ماهیت ماده از روشهای مصری برای بکارگیری مواد استفاده می‌کردند.

کیمیاگران باور داشتند که یک فلز می‌تواند با تغییر کیفیات (بویژه رنگ آن) تغییر پذیرد و چنین تغییراتی در طبیعت صورت می‌گیرد.فلزات می‌کوشند تا همچون طلا کامل شوند. همچنین آنها باور داشتند که این گونه تغییرات ممکن است بوسیله مقدار بسیار اندکی از یک عامل استحاله کننده قوی (که بعدا سنگ فیلسوفان نامیده شد) ایجاد شود.

در سده هفتم میلادی ، مسلمانان مراکز تمدن هلنی (از جمله مصر در 640 میلادی) را تسخیر کردند و کیمیاگری بدست آنها افتاد. در سده‌های دوازدهم و سیزدهم ، کیمیاگری به تدریج به اروپا راه یافت و آثار عربی به لاتین برگردانده شد. کیمیاگری تا سده هفدهم دوام یافت. در این زمان نظریه‌ها و نگرشهای کیمیاگران بتدریج زیر سوال قرار می‌گرفت.

کار رابرت بویل که اثر معروف خود به نام شیمیدان شکاک را در 1661 منتشر کرد، در این باره ارزشمند است. گرچه بویل باور داشت که استحاله فلزات پست به طلا امکان‌پذیر است، ولی او اندیشه کیمیاگری را مورد انتقاد شدید قرار داد. بویل باور داشت که نظریه شیمیایی باید حاصل شواهد تجربی باشد. 

فلوژیستون

این نظریه از 1650 تا 1790 میلادی رواج داشت. تقریبا در سراسر سده هجدهم ، نظریه فلوژیستون نظریه‌ای مسلط در شیمی بود. این نظریه که بعدها معلوم شد نظریه‌ای نادرست است، در اصل کار "گئورک ارنست اشتال" بود. فلوژیستون «اصل آتش» ، جز تشکیل دهنده ماده‌ای دانسته می‌شد که متحمل سوختنمی‌شود. چنین پنداشته می‌شد که یک جسم بر اثر سوختن ، فلوژیستون خود را از دست می‌دهد و به صورت ساده‌تری کاهیده می‌شود. باور این بود که نقش هوا در عمل سوختن ، انتقال فلوژیستون آزاد شده است.

بنا به نظریه فلوژیستون چوب در اثر سوختن به خاکستر و فلوژیستون (که بوسیله هوا جدا می‌شود)تبدیل می‌گردد. طبق نظریه فلوژیستون ، چوب ، ماده مرکبی است که از خاکستر و فلوژیستون ترکیب یافته است. همچنین در مورد عمل تکلیس ، این نظریه عنوان می‌دارد که فلز ، ماده مرکبی است که از یککالکس و فلوژستیون ترکیب یافته است.

در نظریه فلوژیستون ، ذاتا" مشکلی است که هرگز توضیح کافی درباره آن داده نشد. وقتی چوب می‌سوزد، فرض بر این است که فلوژیستون از دست می‌دهد و نتیجه آن خاکستری است که وزن آن کمتر از قطعه چوب اصلی است. اما در عمل تکلیس ، از دست رفتن فلوژیستون با افزایش وزن همراه است، چون کالکس یا اکسید فلزی ، وزنش بیشتر از فلز اصلی است. طرفداران نظریه فلوژیستون این مشکل را تشخیص داده بودند، لیکن تقریبا در سراسر سده هیجدهم ، اهمیت توزین و اندازه گیری دانسته نشد. 

شیمی جدید

کار آنتوان لاوازیه در اواخر سده هیجدهم را معمولا آغاز شیمی جدید می‌دانند. "لاوازیه" ،‌ با تعمق کافی ، دست‌اندرکار براندازی نظریه فلوژیستون شد و انقلابی در شیمی پدید آورد. او که ترازوی شیمیایی بسیار استفاده می‌کرد، با تکیه بر نتایج آزمایشهای کمی ، به توضیح تعدادی از پدیده‌های شیمیایی دست یافت.

قانون پایستاری جرم می‌گوید که در جریان یک واکنش شیمیایی تغییر محسوسی در جرم صورت نمی‌گیرد. به گفته دیگر ، جرم کل تمام موادی که در واکنش شیمیایی وارد می‌شوند، برابر جرم تمام محصولات واکنش است. این قانون ، توسط لاوازیه به وضوح بیان شد. برای لاوازیه نظریه فلوژیستون امری ناممکن بود.

اقداماتی که دانشمندان از سالهای 1970 به بعد به عمل آورده‌اند، با استفاده از کتاب لاوازیه با عنوان «رساله‌ای مقدماتی درباره شیمی» که در سال 1789 منتشر شد، بیان شده است. آنچه در دو سده پس از لاوازیه درباره شیمی دانسته شده، بسیار بیشتر از بیست سده پیش از اوست. علم شیمی از آن زمان به بعد ، تدریجا در پنج شاخه اصلی بسط یافت. (البته این تقسیمات اختیاری است و به طبقه بندی آنها انتقادهایی وارد است.) 

طبقه‌بندی شیمی

• شیمی آلی : شیمی ترکیبات کربن است.

• شیمی معدنی : شیمی تمامی عناصر به جز کربن. البته بعضی از ترکیبات ساده کربن مانند کربناتها و  بطور سنتی در زمره ترکیبات معدنی طبقه بندی می‌شوند، زیرا از منابع معدنی بدست می‌آیند.

• شیمی تجزیه : تشخیص اجزای تشکیل دهنده مواد ، هم از لحاظ کیفی و هم از لحاظ کمی.

• شیمی فیزیک : مطالعه اصول فیزیکی که زمینه درک ساختار ماده و تبدیلات شیمیایی است.

• زیست شیمی : شیمی سیستمهای زنده اعم از گیاهی و حیوانی.

شیمی فیزیک

ترمودینامیک شیمیایی

تعیین سمت و سوی واکنش

ترمودینامیک شیمیایی در عمل ، برقراری چهارچوبی برای تعیین امکان پذیربودن یا خود به خود انجام شدن تحولی فیزیکی یا شیمیایی معین است. به عنوان مثال ، ممکن است به حصول معیاری جهت تعیین امکان پذیر بودن تغییری از یک فاز به فاز دیگر بطور خود به خود مانند تبدیل گرافیت به الماس یا با تعیین سمت و سوی خود به خود انجام شدن واکنشی زیستی که در سلول اتفاق می‌افتد، نظر داشته باشیم.

در حلاجی این نوع مسائل ، چند مفهوم نظری و چند تابع ریاضی دیگر بر مبنای قوانین اول و دوم ترمودینامیک و برحسب توابع انرژی گیبس ابداع شده‌اند که شیوه‌های توانمندی برای دستیابی به پاسخ آن مسائل ، در اختیار قرار داده‌اند. 

تعادل

پس از تعیین شدن سمت و سوی تحولی طبیعی ، ممکن است علم بر میزبان پیشرفت آن تا رسیدن به تعادل نیز مورد توجه باشد. به عنوان نمونه ، ممکن است حداکثر راندمان تحولی صنعتی یا قابلیت انحلال دی‌اکسید کربن موجود در هوا ، در آبهای طبیعی یا تعیین غلظت تعادلی گروهی از متابولیتها ( Metabolites ) در یک سلول مورد نظر باشد. روشهای ترمودینامیکی ، روابط ریاضی لازم برای محاسبه و تخمین چنین کمیت‌هایی را بدست می‌دهد.

گرچه هدف اصلی در ترمودینامیک شیمیایی ، تجزیه و تحلیل در بررسی امکان خود به خود انجام شدن یک تحول و تعادل می‌باشد، ولی علاوه بر آن ، روشهای ترمودینامیکی به بسیاری از مسائل دیگر نیز قابل تعمیم هستند. مطالعه تعادلهای فاز ، چه در سیستم‌های ایده آل و چه در غیر آن ، پایه و اساس کار برای کاربرد هوشمندانه روشهای استخراج ، تقطیر و تبلور به عملیات متالوژی و درک گونه‌های کانی‌ها در سیستم‌های زمین‌ شناسی می‌باشد. 

تغییرات انرژی

همین طور ، تغییرات انرژی ، همراه با تحولی فیزیکی یا شیمیایی ، چه به صورت کار و چه به صورت گرما مورد توجه جدی قرار دارند؛ این تحول ممکن است احتراق یک سوخت ، شکافت هسته اورانیوم یا انتقال یک متابولیت در بستر گرادیان غلظت باشد.

مفاهیم و روشهای ترمودینامیکی ، نگرشی قوی برای درک چنان مسائلی را فراهم می آورد که در شیمی فیزیک مورد بررسی قرار می‌گیرند. 

الکتروشیمی

تمام واکنش‌های شیمیایی ، اساسا ماهیت الکتریکی دارند؛ زیرا الکترونها ، در تمام انواع پیوندهای شیمیایی(به راههای گوناگون) دخالت دارد. اما الکتروشیمی ، بیش ار هر چیز بررسی پدیده های اکسایش- کاهش(Oxidation - Reduction) است. روابط بین تغییر شیمیایی و انرژی الکتریکی ، هم از لحاظ نظری و هم از لحاظ عملی حائز اهمیت است.

از واکنش‌های شیمیایی می‌توان برای تولید انرژی الکتریکی استفاده کرد، (در سلولهایی که "سلولها یا پیلهای ولتایی" یا "سلولهای گالوانی" نامیده می‌شوند) و انرژی الکتریکی را می‌توان برای تبادلات شیمیایی بکار برد (در سلولهای الکترولیتی). علاوه بر این، مطالعه فرایندهای الکتروشیمیایی منجر به فهم و تنظیم قواعد آن گونی از پدیده های اکسایش- کاهش که خارج از این گونه سلولها یا پیلها روی می دهد نیز می‌شود. 

سینتیک شیمیایی (Chemical Kinetic)

سینتیک شیمیایی عبارت از بررسی سرعت واکنش‌های شیمیایی است. سرعت یک واکنش شیمیایی را عوامل معدودی کنترل می‌کنند. بررسی این عوامل ، راههایی را نشان می‌دهد که در طی آنها ، مواد واکنش‌دهنده به محصول واکنش تبدیل می‌شوند. توضیح تفضیلی مسیر انجام واکنش بر مبنای رفتار اتم‌ها ،مولکول‌ها و یون‌ها را "مکانیسم واکنش" می‌نامیم.

در ترمودینامیک و الکتروشیمی ، کارها پیش‌بینی انجام واکنش بود؛ اما مشاهدات صنعتی ، نتایج ترمودینامیک شیمیایی را به نظر تایید نمی‌کند. در این حالت نبایستی فکر کنیم که پیش بینی ترمودینامیک اشتباه بوده است؛ چون ترمودینامیک کاری با میزان پیشرفت واکنش و نحوه انجام فرایندها ندارد. نظر به اهمیت انجام فرایندها از نظر بهره زمانی ، لازم است که عامل زمان در بررسی فرایندها وارد شود.

به عنوان مثال ، کاتالیزورهای بخصوصی به نام "آنزیم‌ها" در تعیین این که کدام واکنش در سیستمهای زیستی با سرعت قابل ملاحظه به راه بیافتد، عواملی مهم هستند. مثلا مولکول "تری فسفات آدنوزین" (Adnosine triphosphate) از لحاظ ترمودینامیکی در محلولهای آبی ناپایدار بوده و باید هیدرولیز گردیده و به "دی فسفات آدنوزین" و یک فسفات معدنی تجزیه شود. در صورتی که این واکنش در غیاب آنزیمی ویژه ، "آدنوزین تری فسفاتاز" ، بسیار کند می‌باشد.

در واقع همین کنترل ترمودینامیکی سمت و سوی واکنش‌ها به همراه کنترل سرعت آنها توسط آنزیمهاست که موجودیت سیستمی با تعادل بسیار ظریف ، یعنی سلول زنده را مقدور می‌سازد. بیشتر واکنش‌های شیمیایی طی مکانیسمهای چند مرحله‌ای صورت می‌گیرند. هرگز نمی‌توان اطمینان داشت که یک مکانیسم پیشنهاد شده ، بیانگر واقعیت باشد. مکانیسم واکنشها تنها حدس و گمانهایی بر اساس بررسیهای سینتیکی‌اند. 

ارتباط شیمی فیزیک با سایر علوم

همانطور که عنوان شد و از نام شیمی فیزیک پیداست، این علم ، مسائل و پدیده‌های شیمیایی را با اصول و قوانین فیزیک توجیه می‌کند و ارتباط تنگاتنگی میان شیمی و فیزیک برقرار می‌کند. علاوه بر آن ، روابط بسیار پیچیده شیمیایی با زبان ریاضی ، مرتب و طبقه‌بندی شده و قابل فهم می‌گردد. بسیاری از پدیده‌های زیستی مانند سوخت و ساز مواد غذایی در سلولهای بدن با علم شیمی فیزیک توجیه می‌شود و این ، ارتباط شیمی فیزیک را با زیست شناسی و به تبع آن پزشکی بیان می‌کند.

بسیاری از پدیده های طبیعی که به صورت خود به خودی انجام می‌گیرد، همانند تبدیل خود به خودی الماس به گرافیت ، با علم شیمی فیزیک توجیه می‌شود. 

کاربردهای شیمی فیزیک

ارتباط شیمی فیزیک با سایر علوم ، کاربردهای اقتصادی و اجتماعی این علم را بیان می‌کند. به عنوان مثال ، با مطالعه الکتروشیمی ، به پایه و اساس پدیده‌های طبیعی مانند خوردگی فلزات پی برده و می‌توان از ضررهای اقتصادی و اجتماعی چنین پدیده‌هایی جلوگیری کرده و یا این پدیده‌ها را به مسیری مفید برای جامعه سوق داد. علاوه بر آن ، کاربرد قوانین ترمودینامیک مانند "نقطه اتکیتک" در جلوگیری از ضررهای جانی و مالی پدیده‌های طبیعی مانند یخ بندان بعد از بارش برف ، بسیار مفید می‌باشد (مخلوط کردن برف و نمک بر اساس نقطه اتکیتک).

فراموش نکنیم که تمامی باطری‌ها و پیلهایی که وسایل زندگی ما با نیروی آنها بکار گرفته می‌شوند، براساس قوانین شیمی فیزیک ساخته شده‌اند. 

بیوشیمی

دید کلی

اساس شیمیایی بسیاری از واکنشها در موجودات زنده شناخته شده است. کشف ساختمان دو رشته‌ای دزاکسی ریبونوکلئیک اسید (DNA) ، جزئیات سنتزپروتئین از ژنها ، مشخص شدن ساختمان سه بعدی و مکانیسم فعالیت بسیاری از مولکولهای پروتئینی ، روشن شدن چرخه‌های مرکزی متابولیسم وابسته بهم و مکانیسمهای تبدیل انرژی و گسترش تکنولوژی Recombinant DNA (نوترکیبی DNA) از دستاوردهای برجسته بیوشیمی هستند. امروزه مشخص شده که الگو و اساس مولکولی باعث تنوع موجودات زنده شده است.

تمامی ارگانیسمها از باکتریها مانند اشرشیاکلی تا انسان ، از واحدهای ساختمانی یکسانی که به صورت ماکرومولکولها تجمع می‌یابند، تشکیل یافته‌اند. انتقال اطلاعات ژنتیکی از DNA به ریبونوکلئیک اسید (RNA) و پروتئین در تمامی ارگانیسمها به صورت یکسان صورت می‌گیرد. آدنوزین تری فسفات (ATP) ، فرم عمومی انرژی در سیستمهای بیولوژیکی ، از راههای مشابهی در تمامی جانداران تولید می‌شود. 

تاثیر بیوشیمی در کلینیک

مکانیسمهای مولکولی بسیاری از بیماریها ، از قبیل بیماری کم خونی و اختلالات ارثی متابولیسم ، مشخص شده است. اندازه گیری فعالیت آنزیمها در تشخیص کلینیکی ضروری می‌باشد. برای مثال ، سطح بعضی از آنزیمها در سرم نشانگر این است که آیا بیمار اخیرا سکته قلبی کرده است یا نه؟بررسی DNAدر تشخیص ناهنجاریهای ژنتیکی ، بیماریهای عفونی و سرطانها نقش مهمی ایفا می کند. سوشهای باکتریایی حاوی DNA نوترکیب که توسط مهندسی ژنتیکایجاد شده است، امکان تولید پروتئینهایی مانند انسولین و هورمون رشد را فراهم کرده است. به علاوه ، بیوشیمی اساس علایم داروهای جدید خواهد بود. درکشاورزی نیز از تکنولوژی DNA نوترکیب برای تغییرات ژنتیکی روی ارگانیسمها استفاده می‌شود.

گسترش سریع علم و تکنولوژی بیوشیمی در سالهای اخیر ، محققین را قادر ساخته که به بسیاری از سوالات و اشکالات اساسی در مورد بیولوژی و علم پزشکی جواب بدهند. چگونه یک تخم حاصل از لقاح گامتهای نر و ماده به سلولهای عضلانی ، مغز و کبد تبدیل می‌شود؟ به چه صورت سلولها با همدیگر به صورت یک اندام پیچیده درمی‌آیند؟ چگونه رشد سلولها کنترل می‌شود؟ علت سرطان چیست؟ مکانیسم حافظه کدام است؟ اساس مولکولی اسکیزوفرنیچیست؟ 

مدلهای مولکولی ساختمان سه بعدی

وقتی ارتباط سه بعدی بیومولکولها و نقش بیولوژیکی آنها را بررسی می‌کنیم، سه نوع مدل اتمی برای نشان دادن ساختمان سه بعدی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مدل فضا پرکن (Space _ Filling)

این نوع مدل ، خیلی واقع بینانه و مصطلح است. اندازه و موقعیت یک اتم در مدل فضا پرکن بوسیله خصوصیات باندها و شعاع پیوندهای واندروالسی مشخص می‌شود. رنگ مدلهای اتم طبق قرارداد مشخص می‌شود. 

مدل گوی و میله (ball _ and _ Stick)

این مدل به اندازه مدل فضا پرکن ، دقیق و منطقی نیست. برای اینکه اتمها به صورت کروی نشان داده شده و شعاع آنها کوچکتر از شعاع واندروالسی است. 

مدل اسکلتی (Skeletal)

ساده‌ترین مدل مورد استفاده است و تنها شبکه مولکولی را نشان می‌دهد و اتمها به وضوح نشان داده نمی‌شوند. این مدل ، برای نشان دادن ماکرومولکولهای بیولوژیکی از قبیل مولکولهای پروتئینی حاوی چندین هزار اتم مورد استفاده قرار می‌گیرد. 

فضا

در نشان دادن ساختمان مولکولی ، بکار بردن مقیاس اهمیت زیادی دارد. واحد آنگستروم ()، بطور معمول برای اندازه‌گیری طول سطح اتمی مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای مثال ، طول باند C _ C ، مساوی 1،54 آنگستروم می‌باشد. بیومولکولهای کوچک ، از قبیل کربوهیدراتها و اسیدهای آمینه ، بطور تیپیک ، طولشان چند آنگستروم است. ماکرومولکولهای بیولوژیکی ، از قبیل پروتئینها ، 10 برابر بزرگتر هستند. برای مثال ، پروتئین حمل کننده اکسیژن در گلبولهای قرمز یا هموگلوبین ، دارای قطر 65 آنگستروم است. ماکرومولکولهای چند واحدی 10 برابر بزرگتر می‌باشند. ماشینهای سنتز کننده پروتئین در سلولها یا ریبوزومها ، دارای 300 آنگستروم طول هستند. طول اکثر ویروسها در محدوده 100 تا 1000 آنگستروم است. سلولها بطور طبیعی 100 برابر بزرگتر هستند و در حدود میکرومتر (μm) می‌باشند. برای مثال قطر گلبولهای قرمز حدود 7μm است. میکروسکوپ نوری حداقل تا 2000 آنگستروم قابل استفاده است. مثلامیتوکندری را می‌توان با این میکروسکوپ مشاهده کرد. اما اطلاعات در مورد ساختمانهای بیولوژیکی از مولکولهای 1 تا  آنگستروم با استفاده ازمیکروسکوپ الکترونی X-ray بدست آمده است. مولکولهای حیات ثابت می‌باشند. 

زمان لازم برای انجام واکنشهای بیوشیمیایی

راکسیونهای شیمیایی در سیستمهای بیولوژیکی به وسیله آنزیمها کاتالیز می‌شوند. آنزیمها سوبستراها را در مدت میلی ثانیه () به محصول تبدیل می‌کنند. سرعت بعضی از آنزیمها حتی سریعتر نیز می‌باشد، مثلا کوتاهتر از چند میکروثانیه (). بسیاری از تغییرات فضایی در ماکرومولکولهای بیولوژیکی به سرعت انجام می‌گیرد. برای مثال ، باز شدن دو رشته هلیکسی DNA از همدیگر که برای همانندسازی و رونویسی ضروری است، یک میکروثانیه طول می‌کشد. جابجایی یک واحد (Domain) از پروتئین با حفظ واحد دیگر ، تنها در چند نانوثانیه () اتفاق می‌افتد. بسیاری از پیوندهای غیر کووالان مابین گروههای مختلف ماکرومولکولی در عرض چند نانوثانیه تشکیل و شکسته می‌شوند. حتی واکنشهای خیلی سریع و غیر قابل اندازه گیری نیز وجود دارد. مشخص شده است که اولین واکنش در عمل دیدن ، تغییر در ساختمان ترکیبات جذب کننده فوتون به نام رودوپسین می‌باشد که در عرض  اتفاق می‌افتد. 

انرژی

ما بایستی تغییرات انرژی را به حوادث مولکولی ربط دهیم. منبع انرژی برای حیات ، خورشید است. برای مثال ، انرژی فوتون سبز ، حدود 57 کیلوکالری بر مول (Kcal/mol) بوده و ATP ، فرمول عمومی انرژی ، دارای انرژی قابل استفاده به اندازه 12 کیلوکالری بر مول می‌باشد. برعکس ، انرژی متوسط هر ارتعاش آزاد در یک مولکول ، خیلی کم و در حدود 0،6 کیلوکالری بر مول در 25 درجه سانتیگراد می‌باشد. این مقدار انرژی ، خیلی کمتر از آن است که برای تجزیه پیوندهای کووالانسی مورد نیاز است، (برای مثال 83Kcal/mol برای پیوند C _ C). بدین خاطر ، شبکه کووالانسی بیومولکولها در غیاب آنزیمها و انرژی پایدار می‌باشد. از طرف دیگر ، پیوندهای غیر کووالانسی در سیستمهای بیولوژیکی بطور تیپیک دارای چند کیلوکالری انرژی در هر مول می‌باشند. بنابراین انرژی حرارتی برای ساختن و شکستن آنها کافی است. یک واحد جایگزین در انرژی ، ژول می‌باشد که برابر 0،239 کالری است. 

ارتباطات قابل بازگشت بیومولکولها

ارتباطات قابل برگشت بیومولکولها از سه نوع پیوند غیر کووالانسی تشکیل شده است. ارتباطات قابل برگشت مولکولی ، مرکز تحرک و جنبش موجود زنده است. نیروهای ضعیف و غیر کووالان نقش کلیدی در رونویسی DNA ، تشکیل ساختمان سه بعدی پروتئینها ، تشخیص اختصاصی سوبستراها بوسیله آنزیمها و کشف مولکولهای سیگنال ایفا می‌کنند. به علاوه ، اکثر مولکولهای بیولوژیکی و پروسه‌های درون مولکولی ، بستگی به پیوندهای غیر کووالانی همانند پیوندهای کووالانی دارند. سه پیوند اصلی غیر کووالان عبارت است از: پیوندهای الکترواستاتیک ، پیوندهای هیدروژنی و پیوندهای واندروالسی آنها از نظر ژئومتری ، قدرت و اختصاصی بودن با هم تفاوت دارند. علاوه از آن ، این پیوندها به مقدار زیادی از طرق مختلف در محلولها تحت تاثیر قرار می‌گیرند. 

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 آنفیزیکدانان 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.

شیمی آلی فلزی

تاریخچه

شیمی آلی فلزی را به شیمیسیت انگلیسی « فرانکلند » (Frankland) نسبت می‌دهند. او در سال 1849 دی‌اتیل روی را سنتز نمود و سپس استفاده از ترکیبات آلی روی را در سنتز مواد آلی توسعه داد. نمک زایس () نیز بیش از یک قرن است که شناخته شده است.

در اوایل قرن اخیر (1900 میلادی) شیمیست فرانسوی victor. Grignard روش مناسبی جهت تهیه ارگاند منیزیم هالید را توسعه داد، بطوری که بزودی بجای ترکیبات آلی روی به عنوان حد واسط در سنتز ترکیبات آلی مورد استفاده قرار گرفت. سنتز اتفاقی فروسین در سال 1951 و شناخته شدن متعاقب ساختمان مولکولی آن راه تحقیق را برای زمینه‌ای با تنوع غیر قابل پیش بینی هموار کرد که اهمیت بسزایی در درک ما از پیوندهای شیمیایی داشته است. 

خواص ترکیبات آلی فلزی

شباهت ترکیبات آلی فلزی از نظر خواص فیزیکی به ترکیبات آلی در مقایسه با ترکیبات معدنی بیشتر است. بسیاری از این ترکیبات دارای ساختار مولکولی منفک هستند و در نتیجه در دماهای معمولی بصورت بلورهایی با نقطه ذوب پایین ، مایعات و یا گازها دیده می‌شوند. این ترکیبات معمولا در حلالهای آلی کم قطبی از قبیل تولوئن ، اترها و یا دی‌کلرو متان قابل حل هستند.

از نظر خصوصیات شیمیایی ، تفاوت قابل ملاحظه‌ای بین ترکیبات آلی فلزی وجود دارد و مثلا ، پایداری حرارتی آنها بطور قابل ملاحظه‌ای به ترکیب شیمیایی آنها بستگی دارد. از این رو ، تترامتیل سیلان () پس از چندین روز نگهداری در دمای 500 درجه سانتیگراد بلا تغییر می‌ماند، در حالی که تترامتیل تیتان () در دمای اطاق سریعا تجزیه می‌شود. 

پایداری در برابر اکسایش

کلیه ترکیبات آلی فلزی از نقطه نظر ترمودینامیکی اکسایش ناپایدار هستند. نیروی محرکه لازم برای اکسایش این ترکیبات به واسطه تشکیل اکسید فلز ،دی‌اکسید کربن و آب که انرژی آزاد منفی بالایی دارند، تامین می‌شود. همچنین بیشتر این ترکیبات از نقطه نظر سینتیکی در دمای اطاق یا پایین‌تر در مقابل اکسایش ناپایدار هستند. اغلب این ترکیبات مانند  ،  ،  به خودی خود در هوا آتش می‌گیرند. همچنین بیشتر مشتقاتفلزات واسطه در برابر اکسیژن حساس هستند و معمولا متداول و غالبا ضروری است که این مشتقات ، زیر اتمسفر بی‌اثری از گاز نیتروژن یا آرگون مورد بررسی و مطالعه قرار بگیرند. 

پایداری در برابر آبکافت

سرعت آبکافت یک ترکیب آلی فلزی به قطبیت پیوند C-M آن بستگی دارد. مثلا وقتی قطبیت پیوند زیاد باشد (مثلا در ) حمله مولکولهای آب بطور سریع انجام می‌گیرد، در صورتی که  در دمای اطاق با وجود داشتن یک اوربیتال خالی 2P در اتم بور تحت تاثیر مولکولهای آب قرار نمی‌گیرد. اکثر مشتقات آلی فلزات واسطه خنثی در مقابل فرآیند آبکافت بی اثر هستند، ولی لانتانیدهای آلی بشدت ، مستعد آبکافت می‌باشند و علت آن را می‌توان بهخاصیت قطبی پیوند ، اندازه بزرگتر اتم مرکزی و حضور تعداد زیاد اوربیتالهای خالی کم‌انرژی نسبت داد. 

طبقه بندی ترکیبات آلی فلزی

مشتقات عناصر گروه اصلی

عناصر اصلی در گروهها (که فقط با الکترونهای s و p پیوند تشکیل می‌دهند.) عموما پیوندهای کووالانسی سیگما با کربن تشکیل می‌دهند، باستثنای فلزات قلیایی و قلیایی خاکی با کربن عمدتا یونی است. ساختمانهایی که کمبود الکترون دارند، بوسیله عناصری از قبیل Al ، Mg ، Be ،Li تشکیل می‌شوند و ترکیبات خوشه‌ای را تولید می‌کنند ، مانند . 

مشتقات عناصر واسطه

در مورد فلزات واسطه (که برای تشکیل پیوند از اوربیتالها و الکترونهای d و در صورت لزوم f استفاده می‌کنند) معمولا کمپلکسهای π دارنده پیوندهای داتیو تشکیل می‌شود. به عبارت دیگر ، عناصر واسطه d اغلب نه تنها دارای پیوندهای سیگما بوده، بلکه پیوندهایی از نوع π نیز دارند. به عبارت ساده‌تر ، پیوند بین اتمهای واسطه و مولکولهای آلی اشباع نشده بوسیله تبادل الکترون در دو جهت مخالف تشکیل می‌شود.

ساده‌ترین مثال پیوندی است که بین مونوکسید کربن و اتم فلز در کربونیلهای فلزی تشکیل می‌شود. در این گونه پیوندها فلز باید اوربیتالهای خالی d داشته باشد، تا بتواند الکترونهای داده شده توسط CO را بپذیرد و نیز باید اوربیتالهای اشغال شده d داشته باشد، تا بتواند الکترونهای خود در اوربیتال d را به لیگاند بدهد. 

برخی از کاربردهای ترکیبات آلی فلزی

• استفاده از ترکیبات آلی سیلسیم به عنوان واسطه در تهیه پلیمرهای سیلسیم (سیلیکون‌ها).

• استفاده از آلومینیوم آلکین‌ها به عنوان کاتالیزور در پلیمر کردن و الیگومر کردن اولفین‌ها در مقیاس وسیع.

• استفاده از تترااتیل سرب و تترامتیل سرب برای بالا بردن درجه اکتان بنزین.

• استفاده از ترکیبات آلی قلع به عنوان آفت کش و پایدار کننده پلیمرها.

• کربونیل دار کردن متانول جهت تولید اسید استیک. از اسید استیک در تهیه پلی وینیل استات و محصول آبکافت آن یعنی پلی وینیل الکل ، استفاده می‌گردد و همچنین در تهیهانیدرید استیک که مورد نیاز صنایع تولید کننده الیاف استات سلولز و پلاستیکها می‌باشد، کاربرد دارد و نیز در تهیه استرهای استات که یکی از حلالهای صنعتی مهم به شمار می‌رود، از اسید استیک استفاده می‌شود.

کمپلکس

دید کلی

در شیمی معدنی ترکیباتی وجود دارند که در آن اتم مرکزی حداقل با یک پیوند داتیو با گروه اتمهای اطراف خود (لیگندها) ارتباط برقرار می‌کند. در‌ این ترکیبات اتم مرکزی گیرنده جفت الکترون می‌باشد، چنین ترکیباتی را کمپلکس یا ترکیبات کئوردیناسیونی می‌نامند. اتم مرکزی در این ترکیبات معمولاً دارای یک حفره الکترونی می‌باشد که می‌تواند الکترونهای جفت نشده لیگند را بگیرد و یک پیوند کووالانسی-کئوردیناسیونی ، (داتیو) تشکیل دهد.

کمپلکسهایی که در آنها انتقال الکترون می‌تواند در تشکیل پیوند نقش بسزایی داشته باشد کمپلکسهای دهنده - گیرنده می‌نامند. اکثر عناصر جدول تناوبیاعم از فلزات گروه اصلی ، فلزات گروه واسطه و غیر فلزات می‌توانند کمپلکس تشکیل دهند. 

تاریخچه

تا سال 1913 ساختمان کمپلکسها مشخص نشده بود اما در این سال آلفرد ورنر پدر شیمی کوئوردیناسیونی نظر خود را در مورد ساختمان کمپلکسها اعلام کرد و این در حالی بود که هنوز ساختمان الکترونی اتم مشخص نشده بود. قبل از ورنر دانشمندی به نام یورگنسون برای برخی از کمپلکسها ساختارهایی تعیین کرده بود که با اعلام نظریه ورنر اشتباه بودن این ساختارها مشخص شد.

ورنر به دلیل مطالعاتی که روی کمپلکسهای هشت وجهی ، مسطح مربعی و چهار وجهی انجام داد و بنیانگذار شیمی کوئوردیناسیون شد، جایزه نوبل شیمی را در سال 1913 دریافت کرد. 

نظریه ورنر

هر اتم دارای دو ظرفیت می‌باشد. ظرفیت اصلی و ظرفیت والانس فرعی ، بنابراین لزومی ندارد که فقط به اندازه ظرفیت اصلی یک اتم ، اتمهای دیگر به آن وصل شود بلکه بعد از پر شدن ظرفیت اصلی که فضای کئوردیناسیونی داخلی را تشکیل می‌دهد. اتمها می‌توانند به ظرفیت فرعی یا فضای کئوردیناسیون خارجی که نشانگر عدد اکسیداسیون اتم مرکزی است، وارد شوند.

تا قبل از اینکه ورنر این نظریه را اعلام کند دانشمندان در تعیین ساختمان ترکیباتی مانند  اختلاف نظر داشتند. این ترکیب یک ترکیب یونی است و کلرها در آب به راحتی یونیزه می‌شود. اما ها به آسانی جدا نمی‌شوند مگر اینکه ترکیب در اسید قوی جوشانده شود. یورگنسون اولین ساختمان را بر این ترکیب به صورت زیر پیشنهاد کرد. 
عکس پیدا نشد 

اما ورنر این ترکیب را یک یک ساختمان هشت وجهی پیشنهاد کرد که اتم کبالت در مرکز و ها با شش پیوند هم اندازه در اطراف و یونهای کلر هم در فضای کئوردیناسیون خارجی حضور داشتند. 

لیگند

دسته‌ای از اتمها که باهم هستند و یکی از اتمها می‌تواند جفت الکترونش را در اختیار اتم دیگر قرار دهد. لیگند ممکن است یک ترکیب خنثی یا یک آنیون باشد. 

انواع کمپلکس

کمپلکسهای ورنر یا کلاسیک

ترکیبات کوئوردیناسیونی که در آنها فلز مرکزی با حالت اکسایش +2 یا بالاتر توسط اتمهای غیرکربن کئوردینه شده‌اند کمپلکسهای ورنر یا کلاسیک نامیده می‌شوند (این نامگذاری به خاطر مطالعات ورنر در شیمی کئوردیناسیون انجام شده است.). 

کمپلکسهای آلی فلزی

در این کمپلکسها فلز مستقیماً با کربن پیوند تشکیل می‌دهد. در این ترکیبات فلز در حالت اکسایش پایین خود مانند 2- و 1- و 0 و 1+ می‌باشد. 

کمپلکسهای کلاستر یا خوشه‌ای

در این ترکیبات اتم مرکزی گروهی از فلزات می‌باشند که باهم پیوند تشکیل داده‌اند. مانند  که اتمهای آهن در گوشه‌های یک مثلث جای گرفته‌اند و گروههای کربونیل در اطراف آنها پیوند تشکیل می‌دهند. 

عدد کوئوردیناسیون

تعداد اتمهایی که اتم مرکزی را در اولین قشر کئوردیناسیون ، کئوردینه کرده‌اند عدد کئوردیناسیون می‌گویند. عدد کئوردیناسیون هر ترکیب مشخص کننده ساختمان آن ترکیب می‌باشد. رایج‌ترین عدد کئوردیناسیون در کمپلکسها عدد 6 و بعد از آن 4 می‌باشد. 

عوامل مؤثر درتشکیل کمپلکس

1. لیگند مهمترین عامل در تشکیل کمپلکس می‌باشد. نوع لیگند ، اندازه لیگند و تعداد لیگند در پایداری کمپلکس‌ها تأثیر فراوان دارد.

2. عامل دوم در تشکیل کمپلکس نوع فلز مرکزی می‌باشد.

انواع لیگند

• لیگندهای یک دندانه:فقط دارای یک اتم کئوردینه کننده است. هالیدها ، نیترات ، انواع آمینها ، سولفات و از مهمترین لیگندهای یک دندانه هستند.

• لیگندهای چند دندانه:این لیگندها دارای یک یا چند اتم کئوردینه کننده هستند. این لیگندها کمپلکس‌های پایدارتری ایجاد می‌کنند و به کی سیلت یا شلاته کننده‌ها معروفند. یک کمپلکس می‌تواند به صورت آنیونی ، کاتیونی یا خنثی باشد.

شیمی معدنی

نگاه کلی

در شیمی معدنی در مورد گستره وسیعی از موضوعات از جمله : ساختمان اتمی ، کریستالوگرافی ، انواعپیوندهای شیمیایی اعم از پیوندهای کووالانسی ، یونی ، هیدروژنی و ... ، ترکیبات کوئوردیناسیون و نظریه‌های مربوطه از جمله نظریه میدان بلور و نظریه اوربیتال مولکولی ، واکنشهای اسید و باز ، سرامیکها ، تقارن مولکولی و انواع بخشهای زیرطبقه الکتروشیمی ( الکترولیز ، باطری ، خوردگی ، نیمه رسانایی و غیره ) بحث می‌شود.

در باب اهمیت شیمی معدنی ، "ساندرسن" چنین نوشته است:

« در واقع بیشترین مباحث علم شیمی را دانش اتمها تشکیل می‌دهد و کلیه خواص مواد و ترکیبات ، به‌ناچار ناشی از نوع اتمها و روشی است که با توجه به آن ، اتمها به یکدیگر می‌پیوندند و مجموعه تشکیل می‌دهند و از طرف دیگر کلیه تغییرات شیمیایی متضمن بازآرایی مجدد اتمهاست. در این حال ، شیمی معدنی تنها بخشی از علم شیمی است که با توجه به آن می‌توان به صورتی ویژه ، در باب مغایرتهای موجود در میان کلیه انواع اتمها بررسی نمود. » 

طبقه‌بندی مواد معدنی

در یک مفهوم گسترده ، مواد معدنی را می‌توان در چهار طبقه تقسیم بندی نمود: عناصر ، ترکیبات یونی ، ترکیبات مولکولی و جامدات شبکه‌ای یا بسپارها.

• عناصر : عناصر دارای ساختارها و خواص بسیار متفاوت هستند، بنابراین می‌توانند به یکی از صورتهای زیر باشند:

1. گازهای اتمی (Kr , Ar) و یا گازهای مولکولی ()

2. جامدات مولکولی ()

3. مولکولها و یا جامدات شبکه‌ای گسترش یافته ( الماس ، گرافیت )

4. فلزات جامد (Co , W) و یا مایع (Hg , Ca)

• ترکیبات یونی : این ترکیبات در دما و فشار استاندارد همواره جامدند و عبارتند از:

1. ترکیبات یونی ساده ، مانند NaCl که در آب یا دیگر حلالهای قطبی محلول‌اند.

2. اکسیدهای یونی که در آب غیر محلول‌اند، مانند () و اکسیدهای مختلط همچون اسپنیل () ، سیلیکاتهای مختلف مانند  و ...

3. دیگر هالیدهای دوتایی ، کاربیدها ، سولفیدها و مواد مشابه. چند مثال عبارتست از: BN , GaAs , SiC , AgCl.

4. ترکیباتی که دارای یونهای چند اتمی ( به‌اصطلاح کمپلکس ) می‌باشند، همچون .

• ترکیبات مولکولی : این ترکیبات ممکن است جامد ، مایع و یا گاز باشند و مثالهای زیر را دربر می‌گیرند:

1. ترکیبات دوتایی ساده همچون .

2. ترکیبات پیچیده فلزدار همچون .

3. ترکیبات آلی فلزی که مشخصا پیوندهای فلز به کربن دارند، مانند .

• جامدات شبکه‌ای یا بسپارها : نمونه‌های این مواد شامل بسپارهای متعدد و متنوع معدنی و ابررساناها می‌باشد. فرمول نمونه‌ای از ترکیبات اخیر  است.

ساختمان XeF6 ، یک ماده معدنی

ساختارهای مواد معدنی

ساختار بسیاری از مواد آلی از چهار وجهی مشتق می‌شود. فراوانی آنها به این دلیل است که در مواد آلی ساده ، بیشترین ظرفیت کربن و همچون بیشتر عناصر دیگری (به استثنای هیدروژن) که معمولا به کربن پیوند می‌شوند، چهار است. اما اجسام معدنی وضعیت ساختاری بسیار پیچیده‌ای دارند، زیرا اتمها ممکن است خیلی بیشتر از چهار پیوندتشکیل دهند. بنابراین ، در مواد معدنی ، اینکه اتمها پنج ، شش ، هفت ، هشت و تعداد بیشتری پیوند تشکیل دهند، امری عادی است. پس تنوع شکل هندسی در مواد معدنی خیلی بیشتر از مواد آلی است.

ساختار مواد معدنی اغلب بر اساس تعدادی از چند وجهی‌های با نظم کمتر ، نظیر دو هرمی با قاعده مثلث ، منشور سه ضلعی و غیره و همچنین بر اساس شکلهای باز چند وجهی‌های منتظم یا غیر منتظم که در آنها یک یا چند راس حذف شده است، نیز مشاهده می‌شود. 

انواع واکنشهای مواد معدنی

در بیشتر واکنشهای آلی می‌توانیم در مورد مکانیسمی که واکنش از طریق آن انجام می‌شود، بحث و بررسی کنیم، در صورتی که برای بسیاری از واکنشهای معدنی فهم دقیق مکانیسم غیر ممکن یا غیر ضروری است. این امر دو دلیل عمده دارد:

• اولا ، برخلاف بیشتر مواد آلی ، پیوندها در ترکیبات معدنی غالبا تغییر ناپذیرند. در نتیجه رویدادهای متعدد شکسته شدن پیوند و تشکیل پیوند در واکنشهای معدنی در جریان است. در چنین شرایطی واکنش ، توانایی تولید محصولات گوناگونی را بدست می‌آورد.

• افزون بر این ، اغلب واکنشهای معدنی در شرایطی ویژه همچون به‌هم زدن شدید یک مخلوط ناهمگن در دما و فشار بالا انجام می‌گیرد که تعیین مکانیسم را غیر ممکن یا حداقل غیر عملی می‌سازد.
  
  به این دو دلیل ، اغلب بهتر است که واکنشهای معدنی را فقط بر اساس نتیجه کلی واکنش توصیف کنیم. این رهیافت به نام شیمی معدنی توصیفی معروف است. بنابراین به سهولت مشخص می‌شود که گرچه هر واکنش را می‌توان بر اساس ماهیت و هویت محصولات واکنش در رابطه با ماهیت و هویت مواد واکنش دهنده توصیف کرد، اما نمی‌توان به هر واکنش مکانیسم معینی را نسبت داد. از نظر شیمی معدنی توصیفی ، اکثر واکنشها را می‌توان به یک یا چند طبقه از طبقه‌های زیر نسبت داد:
  
  واکنشهای اسید و باز (خنثی شدن) ، افزایشی _ حذفی ، اکسایش _ کاهش (ردوکس) ، استخلاف ، نوآرایی ، تبادلی ، حلال کافت ، کی‌لیت شدن ، حلقه‌ای شدن و تراکمی و واکنشهای هسته‌ای.
  
  برای درک عمیق‌تر یک واکنش معدنی لازم است تصویر کاملی از واکنش ، از مواد واکنش دهنده گرفته تا حد واسطها یا حالتهای گذرا تا رسیدن به محصولات تهیه کنیم. این امر به دانش کاملی از سینتیک و یا ترمودینامیک واکنش ، همچنین اطلاع از تاثیر ساختار و پیوند بر واکنش پذیری نیاز دارد.

رابطه شیمی آلی و شیمی معدنی

شیمی آلی و معدنی در مواردی در مباحث یکدیگر وارد می‌شوند. به‌عنوان مثال می‌توان به ترکیبات آلی فلزی ، واکنشهای اسید و باز ، شیمی سیلسیم و ترکیبات کربن (وقتی که با اتمهای هیدروژن ، نیتروژن ، اکسیژن ، گوگرد ، هالوژنها و چند عنصر دیگر نظیر سیلسیم و آرسنیک متصل است) اشاره کرد.

پس شیمی معدنی نه‌تنها با مواد مولکولی مشابه موادی که در شیمی آلی بررسی می‌شوند، سروکار دارد، بلکه توجه خود را به انواع وسیعتری از مواد که شامل گازهای اتمی ، جامدات غیر مولکولی که به‌صورت آرایه‌های گسترش یافته‌ای هستند، ترکیبات حساس در مقابل هوا و رطوبت ، ترکیبات محلول در آب و سایر حلالهای قطبی و همچنین مواد محلول در حلالهای غیر قطبی معطوف می‌کند.

بنابراین شیمیدان معدنی با مسئله تعیین ساختار ، خواص و واکنش پذیری گستره فوق‌العاده وسیعی از مواد که دارای خواص بسیار متفاوت و الگوهای فوق‌العاده پیچیده ساختاری و واکنش پذیری‌اند، مواجه است. 

رابطه شیمی فیزیک و شیمی معدنی

در توجیه موجودیت مواد معدنی و در توصیف رفتار آنها ، به استفاده از جنبه‌های خاصی از شیمی فیزیک ، بخصوص ترمودینامیک ، ساختارهای الکترونی اتمها ، نظریه‌های تشکیل پیوند در مولکولها ، سینتیک واکنش و خواص فیزیکی مواد نیاز داریم. بنابراین با استفاده از شیمی فیزیک می‌توان به ساختار اتمی و مولکولی ، تشکیل پیوند شیمیایی و دیگر اصول لازم برای درک ساختار و خواص مواد معدنی پرداخت. 

شیمی سطح

دید کلی

پدیده‌های سطحی و شیمی سطح در بخشهای مختلف صنعتی و غیر صنعتی از اهمیت فراوانی برخوردار است. برای مثال ، واکنشهای کاتالیزوری روی سطح ، موضوعاتی چون روان‌کننده‌ها ، خوردگی ، چسب‌ها ، پاک‌کننده‌ها ، عملیات استخراج ، شیمی مواد حیاتی و واکنشهای سلولهای الکتروشیمیایی ، همه متاثر از پدیده‌های سطحی هستند.

سطوح مشترک فارسی را می‌توان به انواع زیر تقسیم‌بندی کرد:

جامد- جامد ، جامد- مایع ، جامد- گاز ، مایع- مایع و مایع- گاز. 

سطح مشترک مایع- گاز و مایع- مایع

در تشریح و توصیف پدیده‌های سطحی همانند تئوری محلولها ، مسئله اصلی ، بررسی و محاسبه خواص سیستم براساس ساختمان الکترونی و اندرکنشهای بین مولکولی است. این محاسبات در منطقه مربوط به سطح مشترک دو فاز از پیچیدگی بیشتری نسبت به مناطق همگن برخوردار است، چرا که نیروهای وارد شده به مولکولهای سطحی ، نیروهای غیرموازنه و غیر یکنواخت می‌باشند. 

کشش سطحی

پدیده‌های سطحی و کشش سطحی بر پایه نیروهای کوتاه برد بین مولکولی توضیح داده می‌شوند. نیروهای کوتاه برد بین مولکولی که بخوبی شناخته شده می‌باشند، همان نیروهایی هستند که باعث بوجود آمدن حالت مایع یک ماده از حالت گاز می‌باشند. مولکولهایی که در توده مایع وجود دارند، به‌طور متوسط تحت تاثیر نیروهای کششی یکسانی در تمام جهات قرار دارند. اما مولکولهایی که در سطح مشترک مایع- گاز وجود دارند، طبیعتا تحت تاثیر نیروهای کششی نامتوازی قرار گرفته‌اند که نتیجه خاص این نیروها ، کشش مولکول به سمت داخل توده مایع است.

بنابراین بسیاری از مولکولها که در سطح مایع وجود دارند، تمایل دارند که سطح را ترک کرده ، به داخل کشیده شوند. به این دلیل ، مایعات تمایل دارند شکلهایی به خود بگیرند که مساحت سطح آنها مینیمم باشد، چرا که در این صورت ، بیشترین تعداد مولکولها در درون توده مایع و کمترین تعداد بر روی سطح قرار می‌گیرند و به همین جهت ، قطرات کوچک به شکل کروی می‌باشند.

شکل هندسی کره به گونه ای است که مقدار نسبت سطح به حجم آن نسبت به اشکال هندسی دیگر حداقل است. البته این امکان وجود دارد که نیروهای دیگر با این شکل ایده‌آل مقابله کنند. مثلا نیروی ثقل موجب می‌شود کره ها در گودالها به‌صورت سطح درآیند. به هر حال ، رسیدن به شکل هندسی خاص به دلیل تملایل مایعات برای دستیابی به کمترین مساحت سطح است. 

قابلیت مواد فعال سطحی برای حل کردن مواد دیگر

محلولهای مواد فعال سطحی در بالاتر از c.m.c می‌توانند مواد آلی غیر محلول دیگر را با جا دادن آنها در داخل مسیل‌ها حل کنند. برای مثال ، رنگ نارنجی زایلنون که فقط به مقدار ناچیزی در آب حل می‌شود، در حضور سدیم دودسیل سولفات و در بالاتر از نقطه بحرانی مسیلی شدن آن ، ایجاد قرمز پررنگ می‌کند. به‌طور کلی قرار گرفتن حل شده در موقعیت‌های مختلف مسیل (از سطح مسیل گرفته تا هسته داخلی آن) بستگی به این دارد که اندرکنشهای الکتروستاتیکی و یا هیدروفوبیک در مسیل تشکیل شده، به چه صورتی موازنه شده باشند.

این قابلیت حل کردن مواد ، از اهمیت کاربردی در فرمولی کردن داروها و محصولات دیگری که شامل اجزاء غیرمحلول در آب هستند، برخوردار می‌باشد. همچنین در خاصیت پاک کنندگی ، پلیمریزاسیون امولسیونی و کاتالیزورهای مسیلی در واکنشهای آلی کاربرد دارد. 

سطح مشترک جامد- گاز

وقتی که یک گاز یا بخار با یک سطح جامد تمیز برخورد می‌کنند، بعضی از مولکولهای آنها به سطح می‌چسبند تا ایجاد یک لایه جذب شده نمایند. در این صورت ، معمولا به جامد ، ماده جاذب ، به گاز یا بخاری که به سطح می‌چسبند، جذب شونده و به گازی که باقیمانده است، جذب نشده گویند.

ممکن است جذب یک گاز در توده جامد یا بدنه جامد اتفاق افتد (جذب توده) و چون به صورت تجربی نمی‌توان مرزی بین جذب توده و جذب سطحی تعیین کرد، معمولا از عبارت سورپشن sorption برای توصیف کلی پدیده جذبی گاز بوسیله جامد استفاده می‌شود. هر جامدی قادراست مقدار مشخصی از گاز را جذب کند.

پیشرفت در حالت تعادل به دما ، فشار گاز و مساحت سطح موثر جامد بستگی دارد. بنابراین ، بهترین جاذبها آنهایی هستند که دارای خلل و فرج بالایی باشند، مانند ذغال فعال و سیلیکاژل 1000 که دارای مساحت سطحی بالایی بوده و به یک cm²/g نیز می‌رسد. در دمای داده شده ، ارتباط بین مقدار گاز جذب شده در حالت تعادل و فشار گاز را ایزوترم جذب گویند.

پدیده جذب در واقع ، نیروهای جاذبه غیر تعادلی را که در یک سطح وجود دارند، کاهش می‌دهد و به عبارت دیگر ، انرژی آزاد سطحی کاهش می‌یابد. برای سادگی ، ابتدا سطحی را در نظر بگیرید که از شکستن یک کریستال جامد کووالانسی مانند الماس و یا هر فلزی تشکیل شده باشد. در این فرآیند ، پیوندهای کووالانسی بین اتمها شکسته شده ، هر اتم سطحی ، دارای والانسهای آزاد می‌باشد. تعداد و نوع این والانسها به پیوند بین اتمهایی که در بدنه جامد وجود دارند و به زاویه شکسته شدن کریستال بستگی دارد.

یک اتم ، در این سطح جدید مشخصا در یک موقعیت غیر معمول است که در آن ، همسایه‌های اتم به‌طور غیر کامل می‌باشند، یعنی عدد کئوردیناسیون آن ، کوچکتر از اتمهایی است که در بدنه آن جامد وجود دارند. 

سطح مشترک جامد- مایع

زاویه تماس و فرآیند تَرکُنندگی

میزان جابجایی یک سیال نسبت به سطح توسط سیال دیگر را فرآیند تَرُکنندگی گویند. بنابراین فرایند ترکنندکی دارای سه فاز می‌باشد که حداقل دوتای از آنها باید سیال باشند. برای مثال ، حالات خاصی که معمولا اتفاق می‌افتد، یک گاز (هوا) بوسیله یک مایع در سطح یک جامد جایگزین می‌شود. یک عامل ترکننده (عامل فعال کننده سطح) ماده ای است که این اثر را سرعت می‌بخشد. به‌طور کلی سه نوع ترکنندگی را می‌توان معرفی کرد:

1. ترکنندگی گسترشی

2. ترکنندگی چسبنده

3. ترکنندگی غوطه‌وری

کاتالیزورهای ناهمگن

در مطالعه یک واکنش شیمیایی ، دو موضوع از اهمیت برخوردار است؛ نخست اینکه آیا واکنش انجام می‌شود و اگر چنین است، تا چه حد پیشرفت خواهد کرد؟ معمولا تمام واکنشها قبل از اینکه کامل شوند، متوقف می‌شوند. سوال این است که سیستم در چه موقعیت تعادلی متوقف می‌شود. پاسخ به این سوالات و نظایر آن در حوضه ترمودینامیک شیمیایی است. دومین سوال این است که موقعیت تعادلی به چه سرعتی قابل حصول است و واکنش به چه سرعتی پیش می‌رود؟ پاسخ به این سوالات و سوالهای مربوطه در حیطه کاری سینتیک شیمیایی است.

هرگاه صحبت از کاتالیزور باشد، در حقیقت می‌توان سیستم‌های کاتالیزوری را به دو دسته مجزا تقسیم کرد:

• وقتی کاتالیزور با واکنش‌دهنده‌ها در یک فاز باشند و هیچ مرز فازی بین آنها وجود نداشته باشد، واکنش کاتالیزوری راهمگن یا یکنواخت نامند. این نوع کاتالیزورها ، در حالات زیر اتفاق می‌افتد:

  • در فاز گازی به عنوان مثال وقتی اکسید نیتروژن ، اکسیداسیون دی‌اکسید گوگرد را کاتالیز می‌کند.

  • در فاز مایع وقتی که اسیدها و بازها موتاراتاسیون گلوکز را کاتالیز می‌کنند.

• وقتی یک مرز فازی ، کاتالیزور را از واکنش‌دهنده‌ها جدا می‌کند، از کاتالیزورشدن هتروژن یا ناهمگن صحبت به میان می‌آید.

شیمی تجزیه

دید کلی

شیمی تجزیه نقش حیاتی را در توسعه علوم مختلف به عهده دارد، لذا ابداع فنون جدید تجزیه و بسط و تکامل روشهای تجزیه شیمیایی موجود ، آنقدر سریع و گسترده است که اندکی درنگ در تعقیب رویدادهای تازه سبب بوجود آمدن فاصله‌های بسیار زیاد علمی خواهد شد. نقش این فنون در فعالیتهای تولیدی روز به روز گسترده‌تر و پردامنه‌تر می‌گردد. امروزه ، کنترل کیفیت محصولات صنعتی و غیر صنعتی ، جایگاه ویژه‌ای دارد که اساس این کنترل کیفیت را تجزیه‌های شیمیایی انجام شده به کمک روشهای مختلف تجزیه‌ای تشکیل می‌دهد. 

سیر تحولی و رشد

اصولا توسعه و تغییر پایدار در فنون و روشهای تجزیه وجود دارد. طراحی دستگاه بهتر و فهم کامل مکانیسم فرآیندهای تجزیه‌ای ، موجب بهبود پایدار حساسیت ، دقت و صحت روشهای تجزیه‌ای می‌شوند. چنین تغییراتی به انجام تجزیه‌های اقتصادی‌تر کمک می‌کند که غالبا به حذف مراحل جداسازی وقت گیر ، منجر می‌شوند. باید توجه داشت که اگر چه روشهای جدیدتیتراسیون مانند کریوسکوپی ، Pressuremetriz ، روشهای اکسیداسیون _ احیایی و استفاده از الکترود حساس فلوئورید ابداع شده‌اند، هنوز از روشهای تجزیه وزنی و تجزیه جسمی (راسب کردن ، تیتراسیون و استخراج بوسیله حلال) برای آزمایشهای عادی استفاده می‌شود.

به هر حال در چند دهه اخیر ، تکنیکهای سریعتر و دقیق‌ترِی بوجود آمده‌اند. در میان این روشها می‌توان به اسپکتروسکوپی ماده قرمز ، ماورای بنفش و اشعه X اشاره کرد که از آنها برای تشخیص و تعیین مقدار یک عنصر فلزی با استفاده از خطوط طیفی جذبی یا نشری استفاده می‌گردد. سایر روشها عبارتند از:

• کالریمتری (رنگ سنجی) که به توسط آن یک ماده در محلول بوسیله شدت رنگ آن تعیین می‌شود.

• انواع کروماتوگرافی که به توسط آنها اجزای یک مخلوط گازی بوسیله آن از درون ستونی از مواد متخلل یا از روی لایه‌های نازک جامدات پودری تعیین می‌گردند.

• تفکیکی محلولها در ستونهای تبادل یونی

• آنالیز عنصر ردیاب رادیواکتیو.

• ضمنا میکروسکوپی الکترونی و اپتیکی ، اسپکترومتری جرمی ، میکروآنالیز ، طیف‌سنجی رزونانس مغناطیسی هسته‌ای (NMR) و رزونانس چهار قطبی هسته نیز در همین بخش طبقه بندی می‌شوند.
  
  خودکارسازی روشهای تجزیه‌ای در برخی موارد با استفاده از رباتهای آزمایشگاهی ، اهمیت روزافزونی پیدا کرده است. چنین شیوه‌ای ، انجام یکسری تجزیه‌ها را با سرعت ، کارایی و دقت بهتر امکانپذیر می‌سازد. میکروکامپیوترها با قابلیت شگفت‌انگیز نگهداری داده‌ها و بسته‌های نرم افزار گرافیکی بطور قابل ملاحظه‌ای موجبات جمع آوری ، نگهداری ، پردازش ، تقوبت و تفسیر داده‌های تجزیه‌ای را فراهم می‌آورند.

انواع تجزیه

وقتی آزمایش به شناسایی یک یا چند چیز جز از یک نمونه (شناسایی مواد) محدود می‌گردد، تجزیه کیفی نامیده می‌شود، در حالی که اگر آزمایش به تعیین مقدار یک گونه خاص موجود در نمونه (تعیین درصد ترکیب در مخلوطها یا اجزای ساختمانی یک ماده خالص) محدود گردد، تجزیه کمی نامیده می‌شود. گاهی کسب اطلاعاتی در زمینه آرایش فضایی اتمها در یک مولکول یا ترکیب بلورین ضروری است، یا تاکید حضور یا موقعیت برخی گروههای عامل آلی در یک ترکیب مورد تقاضا است، چنین آزمایشهایی تحت عنوان تجزیه ساختمانی نامیده می‌شوند و ممکن است با جزئیاتی بیش از یک تجزیه ساده مورد توجه قرار گیرند. 

ماهیت روشهای تجزیه‌ای

روشهای تجزیه‌ای معمولا به دو دسته کلاسیک و دستگاهی طبقه بندی می‌شوند. روشهای کلاسیک شامل روشهای شیمیایی مرطوب ، نظیر وزن سنجی و عیار سنجی است. در واقع تفاوت اساسی بین روشهای دو دسته وجود ندارد. همه آنها مشتمل بر وابستگی یک اندازه گیری فیزیکی به غلظت آنالیت می‌باشند. در حقیقت روشهای تجزیه‌ای محدودی وجود دارند که صرفا دستگاهی‌اند و یا بیشتر آنها متضمن مراحل شیمیایی متعددی قبل از انجام اندازه گیری دستگاهی هستند. 

کاربردهای شیمی تجزیه

کنترل کیفیت محصول

بیشتر صنایع تولیدی نیازمند به تولید با کیفیت یکنواخت هستند. برای کسب اطمینان از برآورده شدن این نیازمندی مواد اولیه و همچنین محصول نهایی تولید ، مورد تجزیه‌های شیمیایی وسیعی قرار می‌گیرند. 

نمایش و کنترل آلوده کننده‌ها

فلزات سنگین پسمانده‌های صنعتی و حشره کشهای آلی کلردار ، دو مشکل کاملا شناخته شده مربوط به ایجاد آلودگی هستند. به منظور ارزیابی چگونگی توزیع و عیار یک آلوده کننده در محیط ، به یک روش تجزیه‌ای حساس و صحیح نیاز است و در کنترل پسابهای صنعتی ، تجزیه شیمیایی روزمره حائز اهمیت است. 

مطالعات پزشکی و بالینی

عیار عناصر و ترکیبات مختلف در مایعات بدن ، شاخصهای مهمی از بی نظمی‌های فیزیولوژیکی می‌باشند. محتوی قند بالا در ادرار که نشانه‌ای از یک حالتدیابتی است و وجود سرب در خون ، از شناخته‌ترین مثالها در این زمینه می‌باشد. 

عیارگیری

از دیدگاه تجارتی در برخورد با مواد خام نظیر سنگهای معدنی ، ارزش سنگ معدن ، از روی فلز موجود در آن تعیین می‌شود. این موضوع ، مواد با عیار بالا را نیز غالبا شامل می‌شود. بطوری که حتی تفاوت کم در غلظت می‌تواند از نظر تجاری تاثیر قابل ملاحظه‌ای داشته باشد. بنابراین یک روش تجزیه‌ای قابل اعتماد و صحیح از اهمیت اساسی برخوردار است. 

آینده شیمی تجزیه

بروز مشکلات تجزیه‌ای در شکلهای جدیدش ادامه دارد. میزان تقاضای مربوط به انجام تجزیه در ابعاد وسیع توسط بسترهای دستگاهی بطور مداوم در حال افزایش است. کاوشهای فضایی ، نمونه‌های گمانه زنی و مطالعات اعماق دریاها مثالهایی از نیازهای قابل طرح می‌باشند. در دیگر زمینه‌ها نظیر مطالعات محیطی و بالینی ، فرم شیمیایی و دقیق یک عنصر در یک نمونه و نه غلظت کلی آن ، اهمیت فزاینده‌ای پیدا کرده است. دو مثال کاملا شناخته شده در این زمینه ، میزان سمیت بسیار زیاد ترکیبات آلی جیوه و سرب در مقایسه با ترکیبات مشابه معدنی است. 

سینتیک شیمیایی

نگاه اجمالی

با یک نگرش سطحی می‌توان مشاهده نمود که برخی از واکنشهای شیمیایی آنی بوده و تعدادی کند یا بی‌نهایت کند هستند. همچنین شدت بعضی از واکنشها در آغاز زیاد است، رفته رفته آهسته می‌گردند، برعکس برخی از واکنشها به کندی شروع شده و سپس شتاب می‌گیرند، سینتیک عامل زمان را در واکنشهای شیمیایی مطرح و مورد بحث قرار می‌دهد. 

تاریخچه

از نظر تاریخی مطالعه سرعت واکنشها یکی از قدیمی‌ترین موضوعات شیمی فیزیک بوده است. و نزل در سال 1777 سرعت انحلال فلزات در اسیدها را مطالعه کرد. ویلهمی در سال 1850 هیدرولیز بوسیله اسیدها را مورد بررسی قرار داد و به این نتیجه رسید که سرعت واکنش هیدرولیز ساکاروز متناسب با غلظت ساکاروز تجزیه نشده است.

ویلهمی را می‌توان پایه گذار سینتیک نامید. درسال 1862 برتلو و سن ژیل نیز نتایج مشابهی روی هیدرولیز استرها در محیط اسیدی داشتند، سرانجام درسال 1863 گولدبرگ و واگ نتایج فوق را تعمیم داده و به صورت قانون اثر غلظت‌ها بیان کردند. 

مطالعات اولیه سینتیک

اولین مطالعات در سینتیک شیمیایی مربوط به اندازه گیری سرعت واکنشها بوده و برای رسیدن به هدف اصلی با توجیه این سرعتها به شناخت مکانیسم کامل واکنش مورد مطالعه پی می‌بریم. البته از آنجا که سرعت اندازه گیری شده یک حالت آماری متوسط مولکولهای شرکت کننده در واکنش می‌باشد، سینتیک شیمیایی اطلاعی از حالت انرژیتیکی یا وضع فضایی مولکولها را بطور جداگانه ارائه نمی‌دهد ولی با این وصف مطالعه جنبشی واکنشهای شیمیایی در تفکیک مکانیسمهای پیچیده به مراحل ساده ، دارای توانایی و قدرت قابل توجهی می‌باشد.

مکانیسم کلی واکنشهای پیچیده‌ای که واکنشگرها تغییرات مرحله‌ای انجام می‌دهند، تنها با مطالعه سینتیکی سرعت یعنی فرایند حاکم بر واکنش از طریق مطالعه سینتیکی قابل تشریح می‌باشد. 

استفاده همزمان از عوامل ترمودینامیکی و سینتیکی

ترمودینامیک شیمیایی هم مانند سینتیک شیمیایی شاخه مهمی از شیمی فیزیک است. در ترمودینامیک عامل زمان ، در کار نیست و در آن از تعادل و حالت ابتدایی و انتهایی سیستم بحث می‌شود. بی آنکه از سرعت رسیدن به تعادل سخن گفته شود. در بیشتر موارد عملی اکثر اطلاعات مورد نیاز با استفاده همزمان از عوامل ترمودینامیکی و سینتیکی بدست می‌آید. برای مثال در فرایندهای برای تهیه آمونیاک داریم:

 

زمانی که واکنش گرمازا باشد طبق اصل لوشاتلیه تهیه آمونیاک در فشار بالا و دمای پایین امکانپذیر است. ولی عملا در دمای  سرعت واکنش به اندازه‌ای کند است که به عنوان یک فرایند صنعتی مقرون به صرفه نمی‌باشد. لذا اگر چه در فرایند‌ هابر با استفاده از فشارهای زیاد تعادل در جهت تولید آمونیاک پیشرفت می‌کند، عملا در حضور کاتالیزور و دمای  (عوامل ترمودینامیکی) سرعت رسیدن به تعادل به مراتب افزایش می‌یابد. در نتیجه برای مشخص نمودن شرایط انجام این واکنش از عوامل ترمودینامیکی و سینتیکی استفاده می‌شود. 

تفاوتهای سینتیک و ترمودینامیک

علم ترمودینامیک بیشتر مبتنی بر تغییر انرژی و آنتروپی است که معمولا همراه با تغییر در سیستم می‌باشد و با استفاده از انرژی آزاد یک واکنش و همچنین ثابت تعادل آن امکان انجام یا عدم انجام یک واکنش شیمیایی را پیش‌بینی می‌کند. اما نتایج ترمودینامیکی به هیچ وجه نمی‌تواند سرعت تغییرات شیمیایی و یا مکانیسم تبدیل واکنش دهنده‌ها اطلاعاتی به ما بدهد. به عنوان مثال اکسیژن و نیتروژن موجود در جو زمین می‌توانند با آب اقیانوسها وارد واکنش شده و اسید نیتریک رقیق تولید کنند.

بر اساس اطلاعات ترمودینامیکی  ، این واکنش به صورت خودبه‌خودی می‌تواند انجام شود. اما طبق اطلاعات سینتیکی خوشبختانه سرعت آن خیلی کم می‌باشد. تفاوت مهم دیگر بین سینتیک و ترمودینامیک این است که طبق اصول اساسی ترمودینامیک مقدار ثابت تعادل برای واکنشها مستقل از مسیری است که واکنش دهنده‌ها را به فراورده تبدیل می‌کند اما در سینتیک مسیر واکنش بسیار اهمیت دارد، زیرا کلیه مراحل و مکانیسم واکنشهای شیمیایی را تشکیل می‌دهد.

شیمی کوانتومی

دید کلی

شیمی کوانتومی ، دانش کاربرد مکانیک کوانتومی در مسایل مربوط به شیمی است. اثر شیمی کوانتومی ، در شاخه‌های وابسته به شیمی قابل لمس است. مثلا :

• علمای شیمی فیزیک ، مکانیک کوانتومی را (به کمک مکانیک آماری) در محاسبات مربوط به خواص ترمودینامیکی (مانند آنتروپی و ظرفیت حرارتی) گازها ، در تفسیر طیفهای مولکولی به منظور تائید تجربه خواص مولکولی (مانند طولها و زوایای پیوندی) ، در محاسبات نظری خواص مولکولی ، برای محاسبه خواص حالات گذار واکنشهای شیمیایی به منظور برآورد ثابتهای سرعت واکنش ، برای فهم نیروهای بین مولکولی و بالاخره برای بررسی ماهیت پیوند در جامدات بکار می‌برند.

• علمای شیمی آلی از مکانیک کوانتومی ،‌ برای برآورد پایداریهای نسبی مولکولها ، محاسبه خواص واسطه‌های واکنش ، بررسی ساز و کار واکنشهای شیمیایی ، پیش بینی میزان ترکیبات و تحلیل طیفهای NMR استفاده می‌کنند.

• علمای شیمی تجزیه از مکانیک کوانتومی برای تفسیر شدت و فرکانسهای خطوط طیفی استفاده می‌کنند.

• علمای شیمی معدنی از نظریه میدان لیگاند که یک روش تقریبی مکانیک کوانتومی است، در توضیح خواص یونهای مرکب فلزات واسطه سود می‌برند.

فرضیه پلانک ، سرآغاز مکانیک کوانتومی

در سال 1900، "ماکس پلانک" ، نظریه‌ای ابداع کرد که با منحنی‌های تجربی تابش جسم سیاه ، مطابقتی عالی از خود ارائه داد. فرض او این بود که اتمهای جسم سیاه ( ماده‌ای که تمام نورهای تابیده به آن را جذب کند ) ، تنها قادرند نورهایی را گسیل سازند که مقادیر انرژی آنها توسط رابطه hv داده می‌شود. در رابطه ، v فرکانس تابش و h ، ثابت تناسب است که به ثابت پلانک معروف است. با قبول مقدار  ، منحنی‌هایی بدست می‌آیند که با منحنی‌های تجربی جسم سیاه کاملا مطابقت دارند. کار پلانک سرآغاز مکانیک کوانتومی بود.

به دنبال پلانک ، "انیشتین" نیز مشاهدات مزبور را بر اساس اندیشه تشکیل نور از اجزایی ذره گونه تشریح کرد که آنها را فوتون نامید که انرژی هر یک از آنها برابر است با:  

احتمال و مکانیک کوانتومی

موضوع احتمال ، یک نقش اساسی را در مکانیک کوانتومی ایفا می‌کند. در مکانیک کوانتومی ، سروکار ما با احتمالاتی است که با متغیر پیوسته‌ای مانند مختصه x درگیرند. صحبت از احتمال پیدا شدن یک ذره در یک نقطه خاص مانند x = 0.5000 حاوی چندان معنایی نیست، زیرا تعداد نقطه‌ها در روی محور xنامتناهی ، ولی تعداد در اندازه گیریهای ما به هر حال متناهی است و از این رو ، احتمال وصول با دقت به 0.5000 بی‌نهایت کم خواهد بود.

این است که به جای آن از احتمال یافتن ذره در یک فاصله کوتاه از محور x ، واقع بین x+dx , x صحبت می‌شود که در آن dx یک طول بینهایت کوچک است. طبیعتا احتمال فوق متناسب با فاصله کوچک dx بوده و و برای نواحی مختلف محور x متغیر خواهد بود. بنابراین احتمال اینکه ذره در فاصله مابین x و x+dx پیدا شود، مساوی g(x)dx است که در اینجا (g(x بیانگر نحوه تغییرات احتمال روی محور x است. تابع (g(x چون برابر مقدار احتمال در واحد طول است، لذا چگالی احتمال نامیده می‌شود.

چون احتمالات ، اعداد حقیقی و غیر منفی‌اند، لذا (g(x باید یک تابع حقیقی باشد که همه جا غیر منفی است. تابع موج  می‌تواند هر مقدار منفی و یا مقادیر مختلط را به خود بگیرد و از این نظر به عنوان یک چگالی احتمال محسوب نمی‌شود. مکانیک کوانتومی به عنوان یک اصل می‌پذیرد که چگالی احتمال برابر است. 

اصل عدم قطعیت هایزنبرگ

اندیشه "بوهر" مبنی بر اینکه هر الکترون در اتم ، تنها می‌تواند کمیتهای معین انرژی را دارا باشد، گام مهمی در رشد و تکوین نظریه اتمی بود (مدل اتمی بوهر). نظریه بوهر برای توجیه طیف اتم هیدروژن ، مدلی رضایت بخش ارائه کرد، اما تلاش برای بسط نظریه به منظور تشریح طیف اتمهای دارای بیش از یک الکترون ناموفق بود. دلیل این مشکل به زودی آشکار شد.

در نگرش بوهر ، الکترون به عنوان ذره‌ای باردار متحرک ، در نظر گرفته می‌شود. برای پیش بینی دقیق مسیر یک جسم متحرک ، دانستن مکان و سرعت جسم در هر لحظه معین ضروری است. اصل عدم قطعیت هایزنبرگ (1926) نشان می‌دهد که تعیین دقیق مکان و اندازه حرکت جسمی به کوچکی الکترون ناممکن است. هرچه تلاش کنیم که یکی از این کمیتها را دقیقتر تعیین کنیم، از دقت کمیت دیگر ، نامطمئن‌تر هستیم.

مشاهده اشیا با دریافت انعکاس پرتوهای نوری که برای روشن کردن آنها بکار رفته است، امکان‌پذیر است. برای تعیین موقعیت جسمی به کوچکی یک الکترون ، تابشی با طول موج به غایت کوتاه مورد نیاز است. چنین تابشی ،‌ طبعا فرکانس بسیار بالایی خواهد داشت و بسیار پرانرژی خواهد بود. وقتی این تابش به الکترون برخورد کند، سبب تغییر تندی و جهت حرکت آن می‌شود. از این رو هر گونه تلاش برای تعیین موقعیت الکترون ، اندازه حرکت آن را به شدت تغییر می‌دهد. فوتونهایی که طول موج بلندتر دارند، کم انرژی‌ترند و تاثیر کمتری بر اندازه حرکت الکترون می‌گذارند، ولی به علت بلندی طول موجشان ، نخواهند توانست موقعیت دقیق الکترون را نشان دهند.

از این رو ، این دو نوع عدم قطعیت با هم مرتبطند. به گفته هایزنبرگ ، حاصلضرب عدم قطعیت در مورد یک شیء ،  و عدم قطعیت در اندازه حرکت آن ،  ، برابر یا بزرگتر از حاصل بخش ثابت پلانک ، h و 4π است:

 

عدم قطعیت در اندازه گیری ، برای اشیایی به کوچکی الکترون بسیار مهم است، در حالی که برای اشیا با اندازه معمولی بی‌اهمیت است. 

معادله شرودینگر

اصل عدم قطبیت هایزنبرگ نشان می‌دهد که هر نوع کوشش در راه جامعتر و دقیق کردن مدل بوهر ، بی‌نتیجه است، زیرا تعیین دقیق مسیر الکترون در یک اتم ناممکن است. از سوی دیگر ، "شرودینگر" ، رابطه دوبروی را برای تدوین معادله‌ای بکار برد که الکترون را برحسب خصلت موجی آن توصیف می‌کند.

معادله شرودینگر پایه مکانیک موجی است. معادله برحسب یک تابع موجی  برای الکترون نوشته می‌شود. وقتی معادله برای الکترون در اتم هیدروژن حل می‌شود، یک سلسله تابع موجی بدست می‌آید. هر تابع موجی به یک حالت معین انرژی برای الکترون مربوط است و ناحیه‌ای در اطراف هسته را توضیح می‌دهد که در آن ،‌ امکان یافتن الکترون وجود دارد. تابع موجی یک الکترون آنچه را که یک اوربیتال نامیده می‌شود، توضیح می‌دهد.

شدت هر موج ، با مجذور دامنه آن متناسب است. تابع موجی ،  ، تابع دامنه است. مقدار  برای یک حجم کوچک در هر موقعیتی در فضا ، متناسب با چگالی بار الکترونی در آن حجم است.

می‌توان تصور کرد که بار الکترون به سبب حرکت سریع الکترون به صورت ابر باردار در فضای دور هسته گسترده شده است. این ابر در برخی نواحی غلیظتر از نواحی دیگر است. احتمال یافتن الکترون در هر ناحیه معین متناسب با چگالی ابر الکترونی در آن ناحیه است. این احتمال در ناحیه‌ای که ابر الکترونی غلیظتر است، بیشتر خواهد بود. این تفسیر کوششی برای توصیف مسیر الکترون ، به عمل نمی‌آورند، بلکه فقط پیش بینی می‌کند که احتمال یافتن الکترون در کجا بیشتر است.

شیمی پلیمر

ریشه لغوی

واژه پلیمر از دو واژه یونانی Poly و Meros مشتق شده است و به معنی بسپار است. 

مقدمه

بشر نخستین ، آموخته بود چگونه الیاف پروتئینی پشم و ابریشم و الیاف سلولزی پنبه و کتان را عمل آورد، رنگرزی کند و ببافد. بومیان جنوبی از لاستیک طبیعی ، برای ساختن اشیاء کشسان و پارچه‌های ضد آب استفاده می‌کردند. پلی کلروپرن ، نخستین لاستیک سنتزی است که در آمریکا تهیه شد و گسترش یافت. پلی بوتادین ، نخستین کائوچوی سنتزی است که آلمانی‌ها به نام بونا- اس به مقدار کافی تهیه کردند. بوتیل کائوچو ، یکی از چهار لاستیک سنتزی است که اکنون به مقدار بیشتری تهیه و مصرف می‌شود. 

تاریخچه

نخستین لاستیک مصنوعی ، سلولوئید است که از نیترو سلولز و کافور توسط "پارکر" در سال 1865 تهیه شد. ولی در سال 1930، عمل پلیمریزاسیون و الکلاسیون کشف شد و در صنعت بکار گرفته شد. در این دوران ، آمونیاک برای تولید مواد منفجره ، تولوئن برای TNT و بوتادین واستیرن برای تولید لاستیک مصنوعی به مقدار زیادی از نفت تولید شد. 

سیر تحولی

استات سلولز در سال 1894 توسط "بران دکرس" سنتز شد و در سال 1905 توسط "میلس" کامل شد. در سال 1900، "رم" ، پلیمریزاسیون ترکیبات آکریلیک را آغاز کرد و در سال 1901، "اسمیت" نخستین فتالات گلسیرین (یا فتالات گلسیریل) را تهیه کرد. در اواسط قرن بیستم در آلمان ، "اشتودینگر" ، قانون مهم ساختار مولکولهای بزرگ را وضع کرد. در سال 1934، کارخانه (ICI) موفق به تهیه مولکولهای بزرگ پلی اتیلن شد.

"دوپن" بطور منظم در زمینه تراکم مواد بررسیهایی انجام دارد که در نتیجه ، به تهیه پلی آمیدها یعنی الیاف نایلون نایل شد و الیاف پلی آمید را از کاپرولاکتامتهیه کرد که به الیاف پرلون شهرت یافت. 

نقش و تاثیر پلیمرها در زندگی

کاغذ ، چوب ، نایلون ، الیاف پلی استر ، ظروف ملامین ، الیاف پلی اتیلن ، اندود تفلون ظروف آشپزی ، نشاسته ، گوشت ، مو ، پشم ، ابریشم ، لاستیک اتومبیل و... ، ماکرومولکولهایی هستند که روزانه با آنها برخورد می‌کنیم. 

مفاهیم مرتبط با شیمی پلیمر

در مورد پلیمرها با مفاهیمی همچون خواص فیزیکی و مکانیکی ، مکانیسم پلیمر شدن ، فرآورش پلیمرها روبرو هستیم. 

خواص فیزیکی و مکانیکی پلیمرها

در بر گیرنده مفاهیم زیر است:

مورفولوژی ، رئولوژی ، انحلال پذیری ، وزن مولکولی ، روشهای آزمودن ، روشهای شناسایی. 

مکانیسم پلیمری شدن

از سه طریق زیر است:

پلیمرشدن تراکمی ، پلیمرشدن افزایشی ، کوپلیمرشدن. 

فرآورش پلیمرها

در برگیرنده مباحث زیر است:

پر کننده‌ها ، توان دهنده‌ها ، نرم سازها ، پایدار کننده‌ها، عمل آورنده‌ها ، رنگ‌ها و غیره. 

شاخه‌های شیمی مرتبط با شیمی پلیمر

شیمی پلیمر با مباحث زیر در ارتباط است:

• شیمی آلی

• شیمی آلی فلزی

• شیمی دارویی

• پتروشیمی

• صنایع نفت

چند کاربرد مهم پلیمرها

پلی آمید (نایلون)

برای تهیه الیاف ، طناب ، تسمه ، البسه ، پلاستیک صنعتی ، جایگزین فلز در ساخت غلتک یا تاقان ، بادامک ، دنده ، وسایل الکتریکی بکار می‌رود. 

پلی استر

بصورت الیاف ، جهت تهیه انواع لباسها ، نخ لاستیک ، بصورت لایه برای تهیه نوار ضبط صوت و فیلم بکار می‌رود. 

پلی اتیلن (کم‌چگالی ، شاخه‌دار)

بصورت لایه ورقه در صنایع بسته بندی ، کیسه پلاستیکی ، الیاف پارچه بافتنی ، بسته‌بندی غذای منجمد ، پرده ، پوشش پلاستیکی ، عایق ، سیم و کابل ، بطری بکار می‌رود. 

پلی استیرل

برای تهیه رزینهای تبادل یونی ، انواع کوپلیمرها ، رزینهای ABC ، مواد اسفنجی ، وسایل نوری ، وسایل خانگی ، اسباب بازی ، مبلمان بکار می‌رود. 

الکتروشیمی

دید کلی

تمام واکنشهای شیمیایی ، اساسا ماهیت الکتریکی دارند، زیرا الکترونها در تمام انواع پیوندهای شیمیایی (به راههای گوناگون) دخالت دارند. اما الکتروشیمی بیش از هر چیز بررسی پدیده‌های اکسایش- کاهش است. روابط بین تغییر شیمیایی و انرژی الکتریکی ، هم از لحاظ نظری و هم از لحاظ عملی حائز اهمیت است.

از واکنشهای شیمیایی می‌توان برای تولید انرژی الکتریکی استفاده کرد (در سلولهایی که سلولهای ولتایییا سلولهای گالوانی نامیده می‌شوند) و انرژی الکتریکی را می‌توان برای تبادلات شیمیایی بکار برد (در سلولهای الکترولیتی). علاوه بر این ، مطالعه فرآیندهایی الکتروشیمیایی منجر به فهم و تنظیم قواعد آنگونه از پدیده‌های اکسایش - کاهش که خارج از اینگونه سلولها روی می‌دهند، نیز می‌شود. با برخی فرآیندهای الکتروشیمیایی آشنا می‌شویم. 

رسانش فلزی

جریان الکتریکی ، جاری شدن بار الکتریکی است. در فلزات ، این بار بوسیله الکترونها حمل می‌شود و این نوع رسانش الکتریکی ، رسانش فلزی نامیده می‌شود. با بکار بردن یک نیروی الکتریکی که توسط یک باتری یا هر منبع الکتریکی دیگر تامین می‌گردد، جریان الکتریکی حاصل می‌شود و برای تولید جریان الکتریکی ، یک مدار کامل لازم است. تشبیه جریان الکتریسیته به جریان یک مایع ، از قدیم متداول بوده است. در زمانهای گذشته ، الکتریسیته به‌صورت جریانی از سیال الکتریکی توصیف می‌شد.

قراردادهای قدیمی که سابقه آنها ممکن است به "بنجامین فرانکلین" برسد و پیش از آن که الکترون کشف شود، مورد پذیرش بوده است، بار مثبتی به این جریان نسبت می‌دهد. ما مدارهای الکتریکی را با حرکت الکترونها توجیه خواهیم کرد. اما باید به خاطر داشت که جریان الکتریکی بنا به قرارداد بطور اختیاری مثبت و به صورتی که در جهت مخالف جاری می‌شود، توصیف می‌گردد.

جریان الکتریکی برحسب آمپر (A) و بار الکتریکی برحسب (C) کولن اندازه گیری می‌شود. کولن ، مقدار الکتریسیته است که در یک ثانیه با جریان 1 آمپر از نقطه‌ای می‌گذرد: 1C = 1A.S و 1A = 1C/S . جریان با اختلاف پتانسیل الکتریکی که بر حسب ولت اندازه گیری می‌شود، در مدار رانده می‌شود. یک ولت برابر یک ژول بر کولن است. 1V = 1J/C یا 1V.C = 1J . یک ولت لازم است تا یک آمپر جریان را از مقاومت یک اهم بگذراند. I=ε/R یا ε=IR 

رسانش الکترولیتی

رسانش الکترولیت ، 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 ، اساس 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. منبع جریان در یک سلول الکترولیتی ، 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 مثبت یا کاتیونها به طرف قطب منفی یا کاتد و یونهای منفی یا آنیونها به طرف قطب مثبت یا آند جذب می‌شوند. در رسانش الکترولیتی ، بار الکتریکی بوسیله کاتیونها به طرف کاتد و بوسیله آنیونها که در جهت عکس به طرف آند حرکت می‌کنند، حمل می‌شود.

برای این که یک مدار کامل حاصل 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. الکترونها از منبع جریان خارج شده ، به طرف کاتد رانده می‌شوند. 

عوامل موثر بر رسانش الکترولیتی

رسانش الکترولیتی به تحرک یونها مربوط می‌شود و هر چند 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 : جاذبه بین یونی ، حلال پوشی یونها و گرانروی حلال. انرژی جنبشی متوسط یونهای ماده حل شده با افزایش دما زیاد می‌شود و بنابراین مقاومت رساناهای الکترولیتی ، بطور کلی با افزایش دما کاهش می‌یابد. یعنی رسانایی زیاد می‌شود. به‌علاوه ، اثر هر یک از سه عامل مذکور با زیاد شدن دما کم می‌شود. 

الکترولیز (برقکافت)

الکترولیز یا برقکافت سدیم کلرید مذاب ، یک منبع صنعتی تهیه فلز سدیم و گاز کلر است. روشهای مشابهی برای تهیه دیگر فلزات فعال ، مانند پتاسیم و کلسیمبکار می‌روند. اما چنانکه بعضی از محلولهای آبی را برقکافت کنیم، آب به جای یونهای حاصل از ماده حل شده در واکنشهای الکترودی دخالت می‌کند. از اینرو ، یونهای حامل جریان لزوما بار خود را در الکترودها خالی نمی‌کنند. مثلا در برقکافت محلول آبی سدیم سولفات ، یونهای سدیم به طرف کاتد و یونهای سولفات به طرف آند حرکت می‌کنند، اما بار این هر دو یون با اشکال تخلیه می‌شود.

بدین معنی که وقتی عمل برقکافت بین دو الکترود بی‌اثر در جریان است، در کاتد ، گاز هیدروژن بوجود می‌آید و محلول پیرامون الکترود ، قلیایی می‌شود:

(2H₂O + 2e → 2OH^- + H₂(g

یعنی در کاتد ، کاهش صورت می‌گیرد، ولی به جای کاهش سدیم ، آب کاهیده می‌شود. بطور کلی ، هرگاه کاهش کاتیون ماده حل شده مشکل باشد، کاهش آب صورت می‌گیرد. اکسایش در آند صورت می‌گیرد و در برقکافت محلول آبی Na₂SO₄ ، آنیونها (^2-SO₄) که به طرف آند مهاجرت می‌کنند، به‌سختی اکسید می‌شوند:

2SO₄^2- → S₂O₄^2- + 2e

بنابراین ترجیهاً اکسایش آب صورت می‌گیرد:

2H₂O → O₂(g) + 4H⁺ + 4e

یعنی در آند ، تولید گاز اکسیژن مشاهده می‌شود و محلول پیرامون این قطب ، اسیدی می‌شود. بطور کلی هرگاه اکسایش آنیون ماده حل شده مشکل باشد، آب در آند اکسید می‌شود. در الکترولیز محلول آبی NaCl ، در آند ، یونهای ^-Cl اکسید می‌شوند و گاز Cl₂ آزاد می‌کنند و در کاتد ، احیای آب صورت می‌گیرد. این فرآیند ، منبع صنعتی برای گاز هیدروژن ، گاز کلر و سدیم هیدروکسید است:

2H₂O + 2Na⁺ + 2Cl^- → H₂(g) + 2OH^- + 2Na⁺ + Cl₂

سلولهای ولتایی

سلولی که به‌عنوان منبع انرژی الکتریکی بکار می‌رود، یک سلول ولتایی یا یک سلول گالوانی نامیده می‌شود که از نام "آلساندرو ولتا" (1800) و "لوئیجی گالوانی" (1780) ، نخستین کسانی که تبدیلانرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی را مورد آزمایش قرار دادند، گرفته شده است. واکنش بین فلز روی و یونهای مس II در یک محلول ، نمایانگر تغییری خود به خود است که در جریان آن ، الکترون منتقل می‌شود.

(Zn(s) + Cu²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Cu(s

مکانیسم دقیقی که بر اساس آن انتقال الکترون صورت گیرد، شناخته نشده است. ولی می‌دانیم که در آند ، فلز روی اکسید می‌شود و در کاتد ، یونهای Cu⁺² احیا می شود و به ترتیب یونهای Zn⁺² و فلز Cu حاصل می‌شود و الکترونها از الکترود روی به الکترود مس که با یک سیم به هم متصل شده‌اند، جاری می‌شوند، یعنی از آند به کاتد.

Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e

(Cu²⁺(aq)+2e → Cu(s

نیم سلول سمت چپ یا آند ، شامل الکترودی از فلز روی و محلول ZnSO₄ و نیم سلول سمت راست یا کاتد ، شامل الکترودی از فلز مس در یک محلول CuSO₄ است. این دو نیم سلول ، توسط یک دیواره متخلخل از هم جدا شده‌اند. این دیواره از اختلال مکانیکی محلولها ممانعت می‌کند، ولی یونها تحت تاثیر جریان الکتریسیته از آن عبور می‌کنند. این نوع سلول الکتریکی ، سلول دانیل نامیده می‌شود. 

نیروی محرکه الکتریکی

اگر در یک سلول دانیل ، محلولهای 1M از ZnSO₄ و 1M از CuSO₄ بکار رفته باشد، آن سلول را با نماد گذاری زیر نشان می‌دهیم:

(Zn(s) │ Zn2+(1M) │ Cu2+(1M) │ Cu(s

که در آن خطوط کوتاه عمودی ، حدود فازها را نشان می‌دهند. بنابر قرارداد ، ماده تشکیل دهنده آند را اول و ماده تشکیل دهنده کاتد را در آخر می‌نویسیم و مواد دیگر را به ترتیبی که از طرف آند به کاتد با آنها برخورد می‌کنیم، میان آنها قرار می‌دهیم. جریان الکتریکی تولید شده در یک سلول ولتایی ، نتیجه نیروی محرکه الکتریکی (emf) سلول است که برحسب ولت اندازه گیری می‌شود.

هر چه تمایل وقوع واکنش سلول بیشتر باشد، نیوری محرکه الکتریکی آن بیشتر خواهد بود. اما emf یک سلول معین به دما و غلظت موادی که در آن بکار رفته است، بستگی دارد. emf استاندارد، ˚ε ، مربوط به نیروی محرکه سلولی است که در آن تمام واکنش دهنده‌ها و محصولات واکنش در حالت استاندارد خود باشند. مقادیر ˚ε معمولا برای اندازه گیری‌هایی که در ˚25C به عمل آمده است، 
معین شده است.

 

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 آن^{02O و 0OH و الکترون.} 

^{واکنش رادیکالهای آب با گیرنده آن}

<sup>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.</sup> 

^{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}

<sup>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.</sup> 

^{کنش غیر مستقیم}

<sup>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.</sup> 

^{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}

<sup>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.</sup> 

^{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.}

دستگاه مخصوص مطالعات شیمی تابش

^{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.}

شیمی در کشاورزی

نگاه اجمالی

برای کمک به تولید مقدار مواد غذایی کلان ، کشاورزی ما باید به روش علمی جدید انجام گیرد و در این صورت به انواع مواد شیمیایی کشاورزی ، از جملهکودهای گوناگون ، انواع داروی بیماری‌های حیوانی و گیاهی ، مواد آفت کش ، مواد مکمل غذایی و بسیاری دیگر از این قبیل نیازمندیم که باید آنها را به طریق صنعتی تهیه کنیم. بدیهی است که تهیه غذای کافی برای جمعیت در حال انفجار روی زمین ، فقط با درک شیمیایی تولید مواد غذایی و بکار بستن همه جانبه فنون جدید تولید مواد غذایی میسر می‌شود.

گیاهان ، منبع اصلی مواد غذایی ما هستند. ما گیاهان یا گوشت جانوران گیاهخوار را می‌خوریم. رشد گیاهان مستلزم دمای مناسب ، مواد مغذی ، هوا ، آب ، و گرفتار نشدن به انواع بیماری ناشی از آفات مضر علف‌های هرز است. برای گیاهان ، مواد مغذی مناسب و موادی برای رهانیدن آنها از ابتلا به بیماریهای گوناگون فراهم می‌آورد. 

تاریخچه

بعضی از تمدن‌های باستانی به تجربیات مفیدی در کارهای کشاورزی دست یافته‌اند که بطور مستقیم در تاریخ ثبت نشده است. در عصر رومیان ، "کاتوی کبیر" اشاراتی دارد به انتخاب تخم ، تهیه کود سبز با گیاهان تیره نخود ، آزمایش خاصیت اسیدی خاک ، استفاده از خاکهای آهکی ، ارزش یونجه و شبدر ، ترکیب نگهداری و استفاده از کود حیوانی ، ترتیب چرای حیوانات ، اهمیت چارپایان در عملیات کشاورزی و مانند آنها. این گونه پیشرفت ما که مبنای تجربه عملی داشته، گاه به گاه در جریان تاریخ ، بدست آمده و از میان رفته است.

"آرتوریانگ" ، در قرن هیجدهم در انگلیس ، علم جدید کشاورزی را بنیان نهاد. او به عنوان نخستین پژوهشگر مشهور کشاورزی گسترده ، سیستمی برای اشاعه اطلاعات کشاورزی به راه انداخت که امروزه گسترشی جهان‌مشمول یافته است. در سال 1840 "یوستوس فون لیبیگ" ، کتاب خود را به عنوان کاربردهای شیمی آلی در کشاورزی و فیزیولوژیمنتشر کرد. لیبیگ را به خاطر کارهایی را که انجام داده بود، پدر علم جدید خاک شناسینامیده‌اند.

انقلاب صنعتی ، ابزار و توان بهتری فراهم آورد که کارهای فیریکی-کشاورزی را نسبتا آسان کرد. اما ، حتی امروزه با بهترین تخمین ، دو سوم کشاورزی جهان عقب مانده است.

رشد گیاهان

خاکهای طبیعی منبع مواد مغذی برای گیاهان است. خاک سطحی شامل بیشترین مقدار ماده زنده و هوموس ، حاصل از موجودات مرده است. خاک ‌زیرین شامل مواد معدنی و مواد آلی است. اکسایش جزئی مواد آلی در فضای بسته زیر خاک و مصرف اکسیژن آن ، باعث تولید دی‌اکسید کربن می‌شود. افزایش این گاز در خاک ، باعث اسیدی شدن آبهای جاری در زیر زمین می‌شود.

علت عمده جذب و جذب سطحی آب در خاک ، وفور اکسیژن در ساختمان شیمیایی غالب مواد خاکی است که چند نمونه آنها سیلیکات‌ها (SiO₃^-2) ،فسفات‌ها (PO₄^-3) و کربنات‌ها (CO₃^-2) هستند. خاکهای که تراوایی خوبی دارند، آب را در جریان طبیعی از تمام منافذ کوچک خود می‌گذارنند.

جاری شدن آب از میان خاک ، امری ضروری است، زیرا برای کشت و تهیه یک کیلو گرم ماده غذایی ، صدها لیتر آب لازم است. خاکها ، نه تنها به علت اکسید شده مواد آلی ، بلکه به علت آب شویی گزینشی توسط جریان آب در زمین ، نیز اسیدی می‌شوند. 

تاثیر عناصر موجود در خاک در رشد گیاهان

نمک‌های فلزات قلیایی و قلیایی خاکی ، بیشتر از نمکهای فلزات گروه (III) و فلزات وابسته در آب محلولند. گیاهانی که در خاک پُرسلنیم می‌رویند، مقداری از عنصر را جذب می‌کنند و برای انسان مضر و سمی هستند. اگر هموس که منبع مواد مغذی برای گیاه است تجریه نشود، خاک ارزش حاصلخیزی ندارد و به آنها کودهای فسفات و پتاس می افزایند. ترکیبات شیمیایی خاکها ، منعکس کننده ترکیب پوسته زمین ، ترکیب سنگهای مادر و فعالیتهای فیزیکی و شیمیایی است که در حین تشکیل خاک و پس از آن ، صورت می‌گیرد.

سلیسیم در مقایسه با اکسیژن ، عنصر محوری خاک است. خاک سیاه ، ماده آلی فراوان دارد. خاک قرمز ، احتمالا آهن زیاد دارد و خاک سفید ، شدیدا آب‌شویی شده‌است و کیفیت مناسبی ندارد. مواد مغذی اولیه خاکنیتروژن ، فسفر و پتاسیم است. غالب گیاهان در خاکهای غنی از نیترات رشد می‌کنند. منبع عمده ذخیره نیتروژن در خاک ، موجودات مرده و فضولات حیوانی است.

فسفر نیز مانند نیتروژن باید به صورت یک ماده معدنی یا غیر آلی در آید تا مورد استفاده گیاه قرار گیرد. یونپتاسیم یک عنصر کلیدی در کنترل آنزیمی تبادل قندها ، نشاسته‌ها و سلولز است. کلسیم و منیزیم به صورت یونهای (Ca⁺²) و (Mg⁺²) ، مواد مغذی ثانویه برای گیاه هستند. آهن ، یک جز اصلی کاتالیزوری است که در تشکیل کلروفیل یا سبزینه گیاه دخالت دارد. 

کودهای طبیعی مکمل خاک‌

کود شیمیایی علاوه بر داشتن یون مطلوب ، آن یون را به صورتی در خاک جای می‌دهد که گیاه بتواند آن را به طور مستقیم جذب کند. کودهای نیترات جامد ازآمونیاک تهیه می‌شود. اوره یکی از مهمترین مواد شیمیایی جهان بشمار می‌آید. زیرا هم به عنوان کود و هم به عنوان ماده مکمل غذایی چارپایان مصرف می‌شود. سنگ فسفات و پتاس ، دو ماده معدنی مهمی هستند که می‌توان آنها را از معدن استخراج کرد، سایید و به صورت گرد ، آنها را مستقیما به خاکهای فاقد این مواد افزود.

کودهای فسفات به صورت سوپر فسفات که انحلال پذیری بیشتری دارد، استفاده می‌شود. 

ایجاد رشد برتر در گیاهان

علاوه بر کودهایی که به فرایندهای طبیعی رشد زیست شیمیایی گیاهان یاری می‌دهند، موادی به نام افزاینده رشد گیاهان ، موجب نوعی رشد متعارفی یا غیر طبیعی می‌شوند. اتیلن یا استیلن ، شکوفایی و گل دهی آناناس را زیاد می‌کنند.اکسین‌ها موجب دراز شدن سلول‌های نهال می‌شوند. شاید مهم‌ترین تنظیم کنندهای رشد گیاه ، گروهی از مواد باشند که به نام گیب برلین‌ها معروفند. 

حفاظت گیاهان برای تولید مواد غذایی بیشتر

هرساله ، یک سوم محصولات غذایی جهان بر اثر آفات (بیماریهای ناشی از ویروسها ، باکتریها ، قارچها ، جلبکها ، علفهای هرز و کرم حشرات گیاه خوار) از میان می‌رود. آفت کش‌ها دفاع شیمیایی برای کنترل آفت بشمار می‌روند. دو نوع آفت کش داریم که عبارتند از: 

حشره کش‌ها و آفت کش‌ها

مصرف حشره کش‌هایی مانند (DDT) موجب شده است که به دیگر اشکال حیوانی ، مانند ماهی‌ها و پرندگان ، آسیب جدی برسد. بسیاری از حشره کش‌ها ، برای انسان ، بسیار سمی‌تر از (ِDDT) است. از این جمله مواد غیر آلی ، ترکیبات آرسینک دار و انواع بسیاری از مشتقات فسفر که ما آنها را در محیط زندگی خود و در منابع آب وارد می‌کنیم. از طرف دیگر اگر استفاده از آنها را کنار بگذاریم باید با انواع بیماری‌ها مواجه باشیم. 

علف کش‌ها

علف کشها ، گیاهان را می‌کشند. این مواد ممکن است گزینشی باشند و فقط گروه خاصی از گیاهان را از بین ببرند، یا ممکن است غیر گزینشی باشند و زمین را از هر گونه حیات گیاهی پاک کنند.

شیمی دارویی

تعاریف اولیه ‌از شیمی ‌دارویی

شیمی ‌دارویی ، جنبه‌ای از علم شیمی ‌است که درباره کشف ، تکوین ، شناسایی و تغییر روش اثر ترکیبات فعال زیستی در سطح مولکولی بحث می‌کند و تاثیر اصلی آن بر داروهاست، اما توجه یک شیمی‌دان دارویی تنها منحصر به دارو نبوده و بطور عموم ، دیگر ترکیباتی که فعالیت زیستی دارند، باید مورد توجه باشند. شیمی ‌دارویی ، علاوه بر این ، شامل جداسازی و تشخیص و سنتز ترکیباتی است که می‌توانند در علوم پزشکی برای پیشگیری و بهبود و درمان بیماریها بکار روند. 

سیر تاریخی شیمی ‌دارویی

آغاز درمان بیماریها با دارو ،‌ در قدمت خود محو شده ‌است. اولین داروها منشاء طبیعی داشته و عمدتا از گیاهان استخراج می‌شدند و برای درمان بیماریهای عفونی بکار رفته‌اند. قرنها پیش از این ،چینی‌ها ، هندی‌ها و اقوام نواحی مدیترانه ، با مصارف درمانی برخی گیاهان و مواد معدنی آشنا بوده‌اند. به عنوان مثال ، برای درمان مالاریا از گیاه چه‌انگشان(Changshan) در چین استفاده می‌شد. اکنون ثابت شده ‌است که ‌این گیاه ، حاوی آلکالوئیدهایی نظیر فبریفوگین است.

سرخپوستان برزیل ، اسهال و اسهال خونی را با ریشه‌های اپیکا که حاوی آستن است، درمان می‌کردند. اینکاها از پوست درخت سین کونا ، برای درمان تب مالاریا استفاده می‌کردند. در سال 1823 ، کینین از این گیاه ‌استخراج شد. بقراط در اواخر قرن پنجم قبل از میلاد استفاده ‌از نمکهایفلزی را توصیه کرد و درمانهای طبی غرب را نزدیک به 2000 سال تحت نفوذ خود قرار داد. 

تاریخ معرفی شیمی ‌دارویی به عنوان علم

اولین فارماکوپه در قرن 16 و قرنهای بعد منتشر شد. گنجینه عوامل دارویی سرشار از داروهای جدید با منشاء گیاهی و معدنی معرفی شدند. در اواخر قرن 19 ، شیمی ‌دارویی با کشف "پل ارلیش" که ‌او را پدر شیمی ‌درمانی جدید می‌نامند، در ارتباط با اینکه ترکیبات شیمیایی در برابر عوامل عفونی ویژه‌ای از خود سمیت انتخابی نشان می‌دهند، دچار یک تحول شگرف شد.

در همین دوران ، "امیل فیشر" ، نظریه قفل و کلید را که یک تغییر منطقی برای مکانیسم عمل داروها بود، ارائه داد. تحقیقات بعدی ارلیش و همکارانش ، منجر به کشف تعداد زیادی از عوامل شیمی ‌درمانی جدید شد که ‌از آن میان ، آنتی بیوتیک‌ها و سولفامیدها ، از همه برجسته‌تر بودند.

جنبه‌های بنیادی داروها

سازمان بهداشت جهانی ، دارو را به عنوان « هر ماده‌ای که در فرایندهای دارویی بکار رفته و سبب کشف یا اصلاح فرایندهای فیزیولوژیک یا حالات بیماری در جهت بهبود مصرف کننده شود. » تعریف نموده ‌است و فراورده‌های دارویی را تحت عنوان « یک شکل دارویی که حاوی یک یا چند دارو همراه با مواد دیگری که در فرایند تولید به آن اضافه می‌شود. » معرفی می‌کند. 

شکل داروها

بسیاری از داروها ، حاوی اسیدها و بازهای آلی می‌باشند. دلایل متعددی مبنی بر اینکه ‌این ترکیبات در داروسازی وپزشکی باید به فرم نمک مصرف شوند، عبارتند از :

• اصلاح خصوصیات فیزیکوشیمیایی ، مانند حلالیت ، پایداری و حساسیت به نور و اثر بر اعضاء مختلف

• بهبود نواحی زیستی از طریق اصلاح جذب ، افزایش قدرت و گسترش اثر

• کاهش سمیت

کاربرد داروها

داروها بر اساس مقاصد خاصی بکار می‌رود که عبارتند از :

1. تامین مواد مورد نیاز بدن ، مثل ویتامینها

2. پیشگیری از عفونتها ، مثل سرمهای درمانی و واکسنها

3. سمیت‌زدایی ، مانند پادزهرها

4. مهار موقتی یک عملکرد طبیعی ، مانند بیهوش کننده‌ها

5. تصحیح اعمالی که دچار اختلال شده‌اند و ... .

فعالیت زیستی داروها

عملکرد داروها در سه مرحله مشاهده می‌شود :

• تجویز دارو (فروپاشی شکل دارویی مصرف شده)

• سینتیک دارو (جذب ، توزیع ، متابولیسم و دفع دارو)

• نحوه ‌اثر دارو (پدیده‌های شیمیایی و بیو شیمیایی که باعث ایجاد تغییرات زیستی مورد نظر می‌شوند.)

دارو نماها

داروهایی هستند که ‌اثرات ویژه‌ای بر ارگانیسم دارند، اما درمان کننده بیماری خاصی نیستند. نمونه‌هایی از این داروها عبارتند از : مورفین (مسکن) ، کوکائین(بیهوش کننده) ، آتروپین (ضد تشنج) و ... . استفاده ‌از این داروها ممکن است به بهبودی یک بیماری عفونی میکروبی یا ویروسی کمک کند. اما دارو مستقیما روی ارگانیزم بیماری‌زا عمل نمی‌کند، در صورتی که در درمان شیمیایی عامل بیماری‌زا هدف اصلی است. 

طبقه‌بندی داروها

داروها را بر اساس معیارهای گوناگون طبقه‌بندی می‌کنند که عبارتند از :

1. ساختمان شیمیایی

2. اثر فارماکولوژی

3. مصارف درمانی

4. ساختمان شیمیایی درمانی ، تشریحی

5. مکانیسم عمل در سطح سلول

نامگذاری داروها

هر دارو دارای سه یا چند نام می‌باشد که عبارتند از:

1. شماره رمز یا رمز انتخابی

2. نام شیمیایی

3. نام اختصاصی غیر علمی ‌(تجاری)

4. نام غیر اختصاصی ژنریک

5. نامهای مترادف

نام شیمیایی دارو ، نامی ‌است که بدون ابهام ، ساختمان شیمیایی دارو را توصیف و آن را دقیق و کامل معرفی کند و بر اساس قوانین نامگذاری ترکیبات شیمیایی نامگذاری می‌شود.

شیمی مواد غذایی

دید کلی

غذا و تغذیه ، بی‌شک مهمترین موضوع مورد بحث دنیای امروز را تشکیل می‌دهد. افزایش آگاهی و دانش مردم در مورد خصوصیات تغذیه‌ای ترکیبهای مختلفی غذایی ، نیازمند این است که در مورد غذاهای خاص اطلاعات بیشتری مانند میزان هر یک از مواد معدنی و ویتامینها و مقدار مواد قندی و چربی‌ها ارائه شود.

امروزه بسیاری از روشهای مورد استفاده در تجزیه غذاها بر اساس سیستمی استوار است که حدود صد سال پیش توسط دو دانشمند آلمانی به نامهای Stohman و Hennberg برای تجزیه مواد غذایی دامی ارائه گردید و تحت عنوان تجزیه تقریبی غذاها نامگذاری شد. این طرح تجزیه‌ای شامل اندازه گیری اجزای اصلی غذا با استفاده از روشهای نسبتا سریع و قابل قبول بدون نیاز به وسایل یا مواد شیمیایی پیچیده می‌باشد.

مواد غذایی در واقع دو نیاز فیزیولوژیکی یعنی تامین انرژی و تشکیل و مرمت بافتها را بر عهده دارند کهکربوهیدراتها و چربی‌ها تامین کننده انرژی مورد نیاز هستند و پروتئین‌ها برای بازسازی بافت‌ها بکار می‌روند. 

بررسی گروههای مهم غذایی

گروههای مهم غذایی شامل مواد قندی و نشاسته‌ای (کربوهیدراتها) ، شیر و لبنیات ، روغن‌ها و مواد چرب خوراکی ، گوشت و فرآورده‌های گوشتی می‌باشد. 

مواد قندی و نشاسته‌ای

شیرابه‌ای قندی ، مایعات غلیظی هستند که که حاوی ساکارز ، قند احیا کننده دکسترین ، اسیدهای آلی و مواد ازته هستند. مهمترین شیرابه قندی که در صنعت قندسازی استفاده می‌شود، ملاس یاشیرابه چغندرقند و نیشکر است. شیرابه قندی دیگر ، گلوکز مایع است که در صنعت تهیه محصولات قندی اهمیت زیادی داشته و از هیدرولیز نشاسته و بخصوص نشاسته ذرت بوسیله اسید کلریدریک تهیه می‌شود.

محصول اسیدی هیدرولیز نشاسته ، سپس بوسیله کربنات سدیم خنثی شده و پس از بی‌رنگ کردن بوسیله زغال حیوانی به صورت گلوکز مایع عرضه می‌شود. 

قند و شکر

قند و شکر از شیرابه نیشکر و یا چغندرقند پس از مراحل مختلف تصفیه ، تهیه و به اشکال مختلف عرضه می‌شود. مواد اولیه‌ای که در تهیه محصولات قندی به اسامی آب نبات ، تافی ، انواع ژله‌ها و غیره بکار می‌روند، عبارتند از: قند ، گلوکز مایع ، اسیدهای آلی ، اسانس و رنگهای خوراکی که در انواع تافی ، شیر و چربی و در ژله‌ها ، ژلاتین و صمغ نیز بکار می‌رود. 

عسل

عسل عبارت از تراوشات و شیرابه گیاهان است که بوسیله زنبور عسل جمع‌آوری شده و تغییر و تبدیلاتی در آن به عمل آمده و در کندو ذخیره می‌شود. برای تبدیل شیرابه گیاه یا Nector به عسل ، ساکارز که قسمت عمده قند گیاهی را تشکیل می‌دهد، در اثر عمل آنزیمهای مترشحه بوسیله زنبور عسل به قندهای ساده گلوکز و لولز تبدیل می‌شود. بنابراین قندهای عمده آن گلوکز و لولز هستند و مقدار ساکارز آن نبایستی از 8 درصد متجاوز باشد. علاوه بر این قندهای دیگری از قبیل ایزومالتوز ، رافینوز ، ملزیتوز و غیره نیز به مقادیر کم در آن موجود است.

PH عسل ، اسیدی است و اسید عمده آن اسید فرمیک می‌باشد، ولی اسیدهای آلی دیگر از قبیل اسید استیک ، اسید سیتریک ، اسید مالیک ، اسید تانیک ، اسید اگزالیک و غیره در آن یافت می‌شوند.

عسلهای مختلف در طول مدت نگاهداری ایجاد کریستال می‌نمایند. سرعت شکرک زدن به نسبت بین گلوکز و لولز بستگی دارد. مقدار لولز عسل معمولا بیشتر از میزان گلوکز است و هر قدر مقدار لولز کمتر باشد، شکرک زدن زودتر و سریعتر انجام می‌شود. 

غلات و مواد نشاسته‌ای

قسمت عمده ساختمان غلات و حبوبات را نشاسته تشکیل می‌دهد. فرمول عمومی نشاسته  است. تعداد n غالبا بیشتر از هزار است. نشاسته در محیط مرطوب ، آب جذب می‌کند و در حرارت 70 درجه گرانول نشاسته باز شده و ایجاد حالت ژله‌ای در آب می‌نماید. هرگاه به محلول نشاسته ، یداضافه شود، رنگ آبی ایجاد می‌شود. این رنگ در اثر حرارت از بین می‌رود، ولی پس از سرد شدن مجددا ایجاد می‌گردد.

• آرد گندم: دانه گندم عبارتست از: قسمت نشاسته‌ای 85 درصد ، سبوس (که حاوی مقدار زیادی سلولز و املاح معدنی می‌باشد) 12.5 درصد ، جوانه (شامل مقدار قابل توجهی پروتئین و چربی) 2.5 درصد. هرچه درجه سبوس گیری بیشتر باشد، رنگ آرد روشن‌تر می‌باشد و نسبت مواد پروتئینی و چربی نیز در آن کاهش می‌یابد. از آرد گندم و در پاره‌ای نقاط از آرد ذرت و نیز آردهای دیگر به منظور تهیه نان استفاده می‌شود.

شیر و لبنیات

شیر

شیر غذای بسیار کامل و باارزشی است. ترکیب عمده شیر از سه قسمت مختلف تشکل شده است: آب ، چربی و مواد جامد غیرچرب که شامل پروتئینهای شیر (کازئین ، آلبومین و گلوبولین) ، لاکتوز ، اسید لاکتیک ، اسید سیتریک و مواد معدنی می‌باشد.

افزودن آب به شیر و یا رقیق کردن آن با اندازه گیری وزن مخصوص شیر امکان‌پذیر است. بدین معنی که چون وزن مخصوص آب کمتر از شیر است، اضافه نمودن حجم معینی آب به شیر ، باعث کم شدن وزن مخصوص شیر می‌شود. از طرفی هرگاه قسمتی از چربی شیر گرفته شود، وزن مخصوص شیر افزایش می‌یابد و هرگاه در حین عمل گرفتن چربی ، افزودن آب به شیر انجام شود، ممکن است تفاوت قابل ملاحظه‌ای در وزن مخصوص شیر بوجود نیاید. ولی نتیجه آزمایشات دیگر از قبیل ماده خشک و مقدار چربی شیر ، وجود تقلب در شیر را در اختیار آزمایش کننده قرار می‌دهد. 

خامه

خامه عبارتست از قسمتی از شیر که از نظر چربی غنی می‌باشد و معمولا با عمل خامه زنی از شیر جدا می‌شود. هرگاه خامه زنی به طریق مکانیکی انجام شود، محصول تهیه شده ممکن است تا 65 درصد حاوی چربی باشد. 

شیر خشک

شیر خشک محصولی است که از تبخیر شیر حاصل می‌شود. رطوبت این محصول در درجه اول اهمیت قرار دارد، چون بالا بودن رطوبت یکی از عوامل تسریع فساد محصول می‌باشد. رطوبت شیر خشک نباید از 5.0 درصد تجاوز نماید و مقدار چربی آن برحسب اینکه شیر خشک تمام چربی و یا نیم چربی و بدون چربی باشد، متفاوت می‌باشد. 

پنیر

پنیر محصولی است که از لخته شدن کازئین شیر در محیط اسیدی در اثر آنزیم مخصوص رنین که از معده چهارم یا شیردان گوساله حاصل می‌شود، تولید می‌گردد و بطور کلی انواع پنیر را به سه گروه پنیرهای نرم ، نیمه سخت و سخت تقسیم می‌کنند. در مرحله رساندن انواع پنیرها از تخمیرات مختلفی که در اثر فعالیت میکروارگانیسم و یا قارچ بخصوصی انجام می‌شود، استفاده می‌گردد.

پنیر یکی از محصولات با ارزش شیر بوده و دارای ارزش غذایی بسیار خوبی است. اسیدهای آمینه کازئین که در پنیر موجود می‌باشند، از نظر تنوع بسیار کامل بوده و حاوی کلیه اسیدهای آمینه ضروری می‌باشند. 

کره

کره محصولی است که از زدن خامه بدست می‌آید. چربی خامه را جدا کرده و پس از خارج ساختن آب زیادی آن را به صورت یکنواخت در می‌آورند و گاهی مقداری رنگ و یا نمک به آن می‌افزایند. از نظر ساختمانی کره عبارتست از پخش ذرات آب در بین ذرات چربی که بطور ثابت قرار دارند و ترکیب کره عبارت است از: آب 15 - 15.3 درصد و 80 - 84 درصد مواد جامد غیر چرب شیر 1 درصد که شامل کازئین ، لاکتوز و املاح است.

عامل موثر در طعم و عطر کره ، دی استیل و به مقدار کمتر اسید بوتیریک ، اسید استیک ، اسید فرمیک و اسید پروپیونیک و آلدئید استیک است. جهت تهیه کره با طعم و عطر بهتر آنرا از خامه ترش‌شده تهیه می‌نمایند. 

روغنها و چربی‌های خوراکی

روغنها و چربی‌های خوراکی از نظر شیمیایی جزء لیپیدها تقسیم بندی شده‌اند. لیپیدها گروهی از ترکیبات آلی هستند که در حلالهای آلی ( اتر ، کلروفرم ،بنزن و کربورهای هیدروژن از قبیل هپتان و هگزان و غیره) محلول بوده و در آب ، غیر محلول هستند. قسمت اعظم ساختمان روغن‌ها و چربی‌های خوراکی راتری گلیسریدها تشکیل می‌دهند.

تفاوت بین چربی و روغن از نظر حالت فیزیکی آنها در حرارت معمولی است، بدین معنی که چربی‌ها دارای ظاهری سفت هستند، در حالی که روغن‌ها در حرارت معمولی ، سیال و مایع می‌باشند. هرچه تعداد بند دوگانه در اسیدهای چرب تشکیل دهنده گلیسریدها کمتر باشد و یا ماده چرب از اسیدهای چرب با وزن مولکولی زیاد تشکیل شده باشد، از نظر فیزیکی سفت‌تر بوده و نقطه ذوب آن بالاتر است و برعکس زیاد بودن عوامل بند دوگانه و یا کم بودن وزن مولکولی اسیدهای چرب عللی هستند که باعث می‌شوند روغن از نظر ظاهری ، سیال و مایع باشد.

موقعی که چربی و یا روغن مدتی بماند، طعم و بوی آن تغییر می‌کند و در اصطلاح می‌گویند: روغن تند شده است . در حقیقت تند شدن روغن و یا مواد غذایی چرب ، فساد آنها را نشان می‌دهد. عواملی که فساد مواد چرب را تسریع می‌کنند، عبارتند از: گرما ، نور ، اشعه ماوراء بنفش ، رطوبت هوا و فلزات. هرقدر میزان غیر اشباع روغنها بیشتر باشد، اکسیداسیون سریعتر انجام می‌شود، به همین جهت روغن‌های مایع را در صنعت هیدروژنه می‌کنند.

همچنین مقادیر کم فلزات به عنوان تسریع کننده اکسیداسیون ، عمل اکسید شدن مواد چرب را تسریع می‌نمایند. به عنوان مثال مقدار 0.2ppm مس در کره ، اکسیداسیون آن را سریعا پیش می‌برد. 

گوشت و فرآورده‌های گوشتی

گوشتهای مختلف ، منبع مهم پروتئین غذایی روزانه انسان را تشکیل می‌دهند. ترکیبات گوشت در حیوانات مختلف ، متفاوت بوده و در یک دام برحسب قطعات و قسمتهای بدن تغییر می‌کند. مقدار چربی در برخی از قطعات و قسمتهای بدن دام زیاد است و نسبت چربی و پروتئین از  تا  تغییر می‌کند. قسمت غیر چرب گوشت شامل نیتروژن ، پروتئین و آب و برخی املاح معدنی می‌باشد. 

فساد گوشت

اثر آنزیمهای پروتئولیتیک سبب تجزیه و شکسته شدن ساختمان گوشت می‌شود و باعث آزاد شدن مقادیری مواد فرار و آمونیاک فرار در گوشت می‌شود و فعالیت آنزیمهای لیپولیتیک نیز سبب تجزیه و شکسته شدن مولکول چربی‌ها و گلیسریدهای موجود شده و دگرگونی آنها را سبب می‌شود. بالا رفتن اسیدهای چرب آزاد و نیز بوجود آمدن پراکسید و سایر عوامل فساد چربی‌ها ، موید فساد گوشت می‌باشد. 

فرآورده‌های گوشتی نیمه آماده (سوسیس)

برای تهیه این فرآورده‌های خمیری از گوشت ، آرد ، انواع ادویه مختلف و در برخی مواقع شیر خشک استفاده کرده و برای بهبود تولید از پلی فسفاتها و نیز به عنوان نگاهدارنده از انیدرید سولفورو و سولفیت‌ها استفاده می‌شود. این خمیر در پوششهای طبیعی و یا مصنوعی نگاهداری شده و به صورت خام یا پخته و محصول دودی و شور و غیره تهیه و عرضه می‌شود. 

برخی از فلزات موجود در مواد غذایی

سرب

سرب یکی از فلزات سنگین است که بطرق مختلف ، سبب آلودگی محیط و در نتیجه ایجاد عوارض مسمومیت حاد و یا مزمن در انسان می‌شود. تماس دراز مدت با این فلز سبب تجمع آن در بدن شده و یکی از مواد سرطانزا به حساب می‌آید. آلودگی مزارع و گیاهان به واسطه راه یابی فضولات کارخانجات که با ترکیبات سرب سروکار دارند، باعث افزایش میزان سرب در شیر و گوشت دامهائی که در مراتع چرا می‌کنند، شده و بطور مستقیم یا غیرمستقیم آلودگی غذای انسان را سبب می‌شود.

حداکثر میزان سرب برحسب استانداردهای موجود در کشورهای مختلف در آب آشامیدنی 50 میکروگرم در لیتر (ppb) و در مواد غذایی ، 2 میلیگرم در کیلوگرم (ppm) می‌باشد. همچنین لحیم قوطیهای کنسرو و در برخی موارد ، حاوی سرب است و نگاهداری غذا در این قوطی‌ها بخصوص در مورد اغذیه اسیدی سبب پیدایش سرب در ماده غذایی می‌شود. 

مس

مس یکی از عناصر لازم در تغذیه انسان و دام است و به مقادیر کم در تولید هموگلوبین خون موثر است. به مقدار زیاد در اغذیه ایجاد عوارض و مسمومیت می‌نماید. استاندارد مس در بیشتر کشورها ، 20ppm در اکثر مواد غذایی است و در نوشابه‌ها و آب میوه این مقدار 2ppm می‌باشد. وجود مس در شیر به عنوان کاتالیزور در تسریع اکسیداسیون چربی و تغییر طعم شیر موثر است و میزان 2ppm مس در شیر و یا کره ، مدت نگاهداری این مواد را کاهش می‌دهد. همچنین وجود مس در میوه‌ها و سبزی‌های قوطی شده ، میزان ویتامین C موجود را کاهش می‌دهد. 

قلع

مواد غذایی حاوی قلع در انسان ایجاد مسمومیت می‌نماید. گزارشهای متعددی مبنی بر مسمومیت افراد ناشی از مصرف آب‌میوه و یا مشروبات نگاهداری شده در قوطی ، در دست است. در صنایع غذایی ، قوطی‌های فلزی که به منظور نگاهداری اغذیه بکار می‌روند، اغلب بوسیله یک ورقه قلع پوشیده می‌شوند. اغذیه مختلف بخصوص اغذیه اسیدی و همچنین اغذیه گوگرددار مانند ماهی و گوشت در مدت نگاهداری با سطح فلز قوطی ایجاد واکنش نموده و قسمتی از فلز در آن حل می‌شود. حداکثر مجاز قلع در اغذیه در بیشتر کشورها 250ppm است. 

افزودنیهای مواد غذایی

محافظها

نگهدارنده‌ها ، موادی شیمیایی هستند که با جلوگیری از رشد میکروارگانیسمها و اکسیداسیون مواد اکسید شونده و کنترل فعالیت آنزیمها ، فساد مواد غذایی را به تاخیر انداخته و مدت نگهداری آنها را طولانی می‌نمایند. 

تثبیت‌کننده‌ها و استحکام دهنده‌ها

شامل موادی مانند صمغ‌ها ، نشاسته و دکسترین و ژلاتین و بعضی ترکیبات پروتئینی و غیره می‌باشد که در اثر ترکیب آنها با آب مواد غذایی ، خاصیت چسبندگی به ماده غذایی داده و حالت ژله‌ای‌شکل تولید می‌کنند و در بیشتر پودینگها ، سسهای سالاد ، انواع ژله و غیره استفاده می‌شود. 

مکملهای غذایی

مکملهای غذایی ، موادی هستند که به عنوان تکمیل کننده و تقویت کننده به مواد غذایی اضافه می‌شوند. مثلا ویتامین D به شیر ، ویتامینهای گروه B به محصولات غلات ، ویتامین A یا بتاکاروتن به مارگارین و روغن‌های گیاهی ، ویتامین C به آبمیوه‌جات کنسرو شده و مصنوعی که از اسانس ، شکر و رنگ تهیه می‌شوند، افزوده می‌گردند. 

امولسیون کننده‌ها

امولسیون کننده‌ها موادی هستند که به عنوان استحکام دهنده و ایجاد امولسیون برای روغن در آب ، آب در روغن ، گاز در مایعات و گاز در جامدات بکار می‌روند که یا از امولسیون کننده‌های طبیعی مانند لیستین و یا از امولسیون کننده‌های مصنوعی مانند مونو یا دی گلیسریدها و اسیدهای چرب و مشتقات آنها استفاده می‌کنند. 

بی رنگ و سفید کننده ، اصلاح کننده و تعدیل کننده نشاسته

مواد اکسیدانی مانند پراکسید هیدروژن جهت سفید کردن شیری که جهت تهیه نوع خاصی از پنیر است، استفاده می‌شود. همچنین برای تغییر رنگ آرد تازه آسیاب شده و کیفیت عمل آوری نان ، از مواد اکسیداسیون استفاده می‌شود. 

عوامل اسید کننده

این عوامل موادی هستند که جهت پایین آوردن PH به مواد غذایی افزوده می‌شوند که ضمن اصلاح طعم ، بطور غیرمستقیم از رشد باکتری‌ها جلوگیری نموده و مدت زمان استریل محصولات کنسرو را کمتر می‌نمایند. همچنین باعث جلوگیری از شکرک زدن مرباجات در غلظتهای زیاد می‌گردند. این مواد عبارتند از: اسید سیتریک ، اسید استیک ، اسید مالیک و ... . 

طعم دهنده‌ها

برای تغییر طعم و اصلاح طعم مواد غذایی از طعم دهنده‌های طبیعی مانند ادویه‌جات و اسانسهای طبیعی و یا از طعم دهنده‌های مصنوعی مانند اسانسها استفاده می‌شود. اسانسهای طبیعی را از میوه ، گل ، برگ و غیره گیاهان توسط تقطیر در خلاء بدست می‌آورند. بعضی از اسانسهای مصنوعی عبارتند از:بنزآلدئید با طعم گیلاس ، اتیل بوتیرات با طعم آناناس و متیل آنترانیلات با طعم انگور و ... 

رنگها

رنگها مواد رنگی مختلفی می‌باشند که به صورت طبیعی و یا مصنوعی تهیه شده و جهت خوش‌منظر کردن و یا متحدالشکل کردن و گاهی هم برای مخفی کردن و نامحسوس جلوه دادن عیوب و تقلب در فراورده‌های غذایی بکار می‌روند.

 

شیمی نساجی

تاریخچه

از آغاز پیدایش انسان ، همواره چگونگی پوشش و نجات او از سرما مطرح بوده است. مصریها نزدیک به 5500 سال پیش هنر ریسندگی و بافندگی پنبه را آموختند و چینیها با پرورش کرم ابریشم در حدود 3600 سال پیش مشکلات پوشش خود را حل کردند. در سده هفدهم دانشمند انگلیسی به نام رابرت هوک "Robert- Hooke" پیشنهاد کرد که می‌توان الیاف را با توجه به شیوه‌ای که کرم ابریشم عمل می‌کند تولید نمود.

پس از آن ، یک بافنده انگلیسی به نام لویزشواب Lois- Schwabe توانست الیاف بسیار ظریف شیشه را با عبور شیشه مذاب از منافذ بسیار ریز تهیه نماید. پس از چندی ، سایر دانشمندان موفق به استخراج سلولز چوب و در نتیجه تولید الیاف شدند در سده‌های هجده و نوزدهم، همراه با انقلاب صنعتی ، رسیدگی و بافندگی مبدل به تکنولوژِی تهیه پارچه از الیاف گوناگون طبیعی و مصنوعی شد. 

رده بندی الیاف در صنعت نساجی

در صنعت نساجی الیاف به سه دسته تقسیم می‌شوند که عبارتند از:

• الیاف طبیعی "Natural fibers" الیاف طبیعی شامل دو بخش الیاف نباتی و الیاف حیوانی می‌باشند.

الیاف نباتی مانند: پنبه، کتان، کنف، رامی و الیاف حیوانی مانند: پشم و ابریشم 

• الیاف کانی "Mineral fibres": الیاف کانی الیافی هستند که مواد اولیه آنها از کانیها بدست می‌آیند مانند الیاف شیشه‌ای و الیاف فلزی.

• الیاف مصنوعی که شامل دو دسته می‌باشند: یکی الیافی که منشا طبیعی دارند ولی توسط انسان دوباره تهیه می شوند مانند ویسکوز ، استات و تری استات که هر یک ریشه سلولزی دارند. و دیگری الیاف سینتتیک یا مصنوعی که از مشتقات نفتی تولید می‌شوند مانند: نایلون ، داکرون ، ارلون یا بطور کلی پلی آمیدها ، پلی استرها ،پلی اورتانها ، پلی اکریلونیتریل ، پلی وینیل کلراید و ... .

مقدمات تکمیل کالای نساجی

تمام پارچه‌های نساجی پس از خروج از سالن بافندگی کم و بیش دارای مقادیری ناخالصی و عیوب می‌باشند. لذا لازم است به منظور آماده کردن پارچه برای عملیات تکمیل اصلی آنرا تحت عملیات مقدمات تکمیل قرار داد. مانند توزین و متراژ پارچه ، کنترل عیوب پارچه ، گره گیری ، رفوگری و گرفتن ناخالصیها بخصوص در مورد پارچه‌های پشمی که دارای ناخالصیهای سلولزی و خرده چوب و ... می‌باشد. 

روشهای تکمیل کالای نساجی

عملیات و کارهای تکمیل در نساجی برای افزایش نرمی زیر دست ، درخشندگی و بطور کلی افزایش مرغوبیت پارچه می‌باشد. عملیات تکمیل بستگی به چند عامل مهم دارد که عبارتند از: نوع الیاف ، ویژگی فیزیکی الیاف ، ابلیت جذب مواد گوناگون شیمیایی ، حساسیت الیاف نسبت به مواد تکمیل. عملیات تکمیل در مجاورت رطوبت ، دما و فشار معمولا به سه روش انجام می‌گیرد:

• روشهای مکانیکی: مانند تراش پارچه ، خار زدن ، اطو کردن ، پرس کردن و ... .

• روشهای شیمیایی: مانند تکمیل رزین ، سفید کردن و مقاوم کردن پارچه در برابر آتش و غیره. در این روش معمولا در اثر فعل و انفعالات شیمیایی حاصل بین لیف و ماده شیمیایی مصرف شده عمل تکمیل بدست می‌آید و یا اینکه ماده شیمیایی مصرف شده در اثر رسوب کردن و یا اضافه شدن در روی پارچه ، باعث تغییر در خواص پارچه می‌شود، مانند آهار دادن پارچه پنبه‌ای با محلول مواد پلیمری.

• روشهای مکانیکی- شیمیایی: در این حالت از روشهای مکانیکی و شیمیایی بطور توام بهره گرفته می شود، مانند بشور و بپوش کردن پارچه و یا تثبیت حرارتی پارچه.

انواع تکمیل

تکمیل موقت

در این نوع تکمیل ، کالا را به منظور خاصی تحت عملیات تکمیلی قرار می‌دهند بطوری که اثر تکمیلی آن در عملیات بعدی مثل شستشو و غیره از بین می رود، مانند آهار دادن پارچه‌های پنبه‌ای برای عملیات بافندگی و شستشوی آهار پس از خاتمه عملیات بافندگی. 

تکمیل دائم

در این نوع ، اثر تکمیلی تا زمانی که پارچه حالت خود را از دست ندهد (مخصوصا در مقابل شستشو و پوشش) باقی خواهد ماند، مانند رسوب دادن رزینهای مصنوعی مثل استرها و اترهای سلولز در روی پارچه و یا کلرینه کردن کالای پشمی یا تکمیل با فرمالدئیدها. 

تکمیل ثابت

در این نوع ، اثر تکمیل مادام العمر در روی کالا باقی می‌ماند و حتی بعد از اینکه پارچه حالت و ماهیت خود را به عنوان پارچه خارجی از دست بدهد، آثار تکمیل در آن باقی خواهد ماند. مانند پلیمریزه کردن بعضی از منومرهای اکریلیکی در روی زنجیرهای اصلی مولکولهای پارچه‌های سلولزی و یا پروتئینی 

شستشوی کالای نساجی

عمل شستشو ، اولین عمل تکمیل مرطوب می‌باشد و به منظور بر طرف کردن مواد خارجی مانند روغنهای ریسندگی ، واکسها و ناخالصیهای قابل حل در محلولهای شستشو انجام می‌گیرد. عملیات شستشو عبارتست از عمل کالا با پاک کننده‌های مناسب همراه با مواد قلیایی و یا در غیاب مواد قلیایی. در صورت استفاده از صابون برای عملیات شستشو ، احتیاج به آب نرم می‌باشد. ولی برای پاک کننده‌های مصنوعی چگونگی سختی آب اهمیت ندارد. همچنین برای اصلاح سفیدی پارچه و شفافیت رنگ الیاف آن عمل شستشو انجام می‌گیرد. 

آهار زنی و آهار گیری

به منظور افزایش استحکام در برابر پارگی ، کاهش نیروی سایشی و خواباندن پرزهای سطحی الیاف نخهای تار را آهار می دهند. مواد آهاری ، ماکرومولکولهایی هستند که ممکن است بر اثر پیوند بین خود و یا با الیاف تشکیل پوششی به دو نخ دهند. آهار طبیعی عبارتند از: نشاسته‌ها و مشتقات آنها ،مشتقات سلولزی و (پروتئینها)). آهارهای مصنوعی عبارتند از: انواع پلی وینیل الکلها ، انواع پلی اکریلات و انواع کوپلیمراستایرین و مائیک اسید.

قبل از انجام عملیات تکمیل مرطوب لازم است آهار نخ تار پارچه با اندازه کافی بر طرف شود تا در مراحل شستشو ، سفیدگری و رنگرزی یا چاپ ، مزاحمت و نایکنواختی ایجاد نکند و در ضمن مقداری از مواد در تکمیل رنگ را به خود جذب نکند. روشهای آهارگیری عبارتند از: آهار گیری با اسید ، آهار گیری با روش تخمیر ، آهار گیری با اکسید کننده‌ها ، آهار گیری با آنزیمها. 

مرسریزاسیون

یکی از عملیاتی که روی پنبه انجام می شود، عمل مرسریزه می‌باشد که شامل تماس پنبه (اعم از الیاف نخ یا پارچه) با محلول سود سوزآور و سپس شستشوی محصول در محلول رقیق اسید و سپس آب سرد به منظور خنثی کردن قلیایی و سرانجام خشک کردن محصول است. بر اثر مرسریزاسیون درخشندگی و جلای پنبه افزایش می‌یابد و ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی آن تغییرات زیادی پیدا می‌کند. معمولا پارچه‌های مرغوب پنبه‌ای پیراهنی ، رومیزی ، ملحفه‌ای و همچنین نخهای قرقره مرسریزه می‌شوند. 

سفیدگری

هدف از سفیدگری ، از بین بردن رنگدانه‌ها و ناخالصیهای دیگر و در نتیجه سفید جلوه دادن الیاف می‌باشد. البته سفیدگری پنبه بسیار مهم تراز سفیدگری پشم می‌باشد، چون درصد بالایی از پشم بصورت کالای رنگی به بازار عرضه می‌شود. ولی در مقابل ، مقدار زیادی از پارچه‌های پنبه‌ای بصورت سفید و یا پارچه‌های چاپ شده با زمینه سفید مورد استفاده قرار می‌گیرد. پارچه‌های ملحفه‌ای ، رومیزی و پیراهنی نمونه‌هایی از پارچه‌های پنبه‌ای هستند که احتیاج به سفیدگری دارد.

سفیدگری پنبه بیشتر با مواد اکسید کننده مثل کلریت سدیم و هیپوکلریت سدیم و آب اکسیژنه و مواد احیا کننده مانند هیدروسولفیت و سفیدگری پشم با اکسید کننده آب اکسیژنه همراه با آمونیاک یا سیلیکات قلیایی و مواد احیا کننده ، اکسید گوگرد و یا بی سولفیت سدیم و اسید سولفوریک و سفیدگری الیاف مصنوعی با اکسید کننده آب اکسیژنه ، کلریت سدیم و هیپوکلریت سدیم و احیا کننده ، هیدروسولفیت و در صورت لازم مواد سفید نوری به همراه سفید کننده قبلی انجام می‌گیرد. 

تکمیل ضد آب و دور کننده آب

تکمیل ضد آب پارچه به دو صورت امکان پذیر می‌باشد.

• پوشش کل سطح پارچه توسط مواد هیدروفوب (موادی که آب را به خود جذب نمی‌کنند) است، به نحوی که تمام منافذ پارچه مسدود گردد. این روش تکمیل ضد آب نام دارد. پارچه با کاربردهای خیمه و چادر ماشین با این روش تکمیل می‌گردد.

• الیاف و یا نخ از مواد ضد آب پوشیده می‌شوند، به این ترتیب فضای بین نخها در پارچه کاملا باز می‌ماند و امکان انتقال هوا وجود دارد. این روش تکمیل دور کننده آب نام دارد و بیشتر پارچه‌های لباس مثل بارانی ، لباس ورزشی و کاربردهای مشابه با این روش تکمیل ضد آب می‌گردند. بعضی از مواد ضد آب و دور کننده آب عبارتند از: مواد هیدرولیز کننده نمکهای زیرکونیوم ، استره کردن سطح الیاف با اسیدهای چرب ، استفاده از رزینهای هیدروفوب مثل رزین کاربومید ، Permel ، Paraf fion و غیره ، ترکیبات آلی سیلیکونی و اسیدهای چرب کمپلکس گرم.

تکمیل ضد آتش

یکی از روش های تکمیل ضد آتش کالای نساجی ، پوشش آن بوسیله نمکهای آمونیوم می‌باشد که در گرما تولید آمونیاک نموده و بدین ترتیب با محبوس کردن آتش در خود باعث خاموش شدن و عدم پیشرفت آن می‌گردد. مناسبترین نمکهای آمونیوم ، دی آمونیوم فسفات و کربنات آمونیوم می‌باشد. سایر تکمیل کننده‌های ضد آتش عبارتند از: اکسیدهای نامحلول قلع ، آنتیموان و تیتان ، استره کردن سطحی سلولز با اسید فسفریک و یا دی آمونیوم در حضور اوره هیدروکسی متیل فسفونیوم کلراید (THPC) و غیره. 

تکمیل ضد باکتری و ضد قارچ

مواد تکمیل کننده ضد باکتری بعنوان محافظت کننده از عرق عمل کرده و از تاثیر باکتریها و یا قارچها بر آن جلوگیری می‌کنند لذا چنانچه لباسهای ورزشی و یا لباس زیر با این مواد تکمیل گردند، از تخمیر عرق بدن توسط باکتریهای موجود در هوا و در نتیجه تجزیه و بوی بد آن جلوگیری می‌کنند. برخی از این تکمیل کننده‌ها عبارتند از: ترکیبات آمونیوم چهارتایی ، Irgasan DP300 ، Dodigen 226 ، پیوند زدن سلولز با نمکهای مس و نقره توسط گروههای کربوکسیل اسید آکریلیک و یااسید متاکلریلیک و غیره. 

نرم کننده‌ها

نرم کننده‌ها مایه لطافت و نرمی زیر دست پارچه می‌شوند و در اثر بیشتر کارهای چاپ و رنگرزی و عملیات تکمیل مانند ضد آتش کردن و ضد چروک کردن پارچه زیردست، حالت خشک و شکننده‌ای پیدا می‌کند که آنها را بوسیله نرم کننده‌ها ، نرم و لطیف می‌نمایند.

متداولترین نرم کننده‌ها عبارتند از: استرهای اسیدفتالیک و بنزیل فتالاتها برای نرم کردن اغلب رزینها بویژه PVC ، تری ملیتانها برای نرم کردن رزینهای مصرفی در ساخت کابلهای سیم و برق و ساخت سایر عایقها ، هیدروکربنهای نفتی با وزن زیاد که دارای اتم N , S , O می‌باشند در ساخت لاستیکها بکار می‌روند، نرم کننده‌های مقاوم در برابر آتش سوزی مانند فسفاتهای آلی و پارفینهای کلردار ، نرم کننده‌های اپوکسی و پلی اورتان و غیره.

شیمی عکاسی

تاریخچه و سیر تحولی عکاسی

در سال 1727، "T.H.Schulze" با بعضی از ترکیبات نقره آزمایشهایی انجام داد. در حقیقت او می‌کوشید که تصویر صفحه مشبک را بر روی سطحی که پوشیده از مخلوط گچ ، نقره ، اسید نیتریک و سایر مواد شیمیایی بود، بوجود آورد. او دریافته بود که کلرور نقره ، یکی از مهمترین مواد در عکاسی ، بوسیله نور ، سیاه می‌شود.

در سال 1802 ، "Humphrey Davy" و "T.Wedgewook" ، سعی کردند تصویر سایه واری را با استفاده از نور و روش شولزبوجود آوردند. آنها از محلول نیترات نقره که روی کاغذ مالیده بودند، استفاده کرده ، جهت ثبت تصویر از دوربینی به نامآبسکورا (جعبه تاریک) استفاده کردند. این وسیله ، جعبه بدون منفذ و بسته ای بود که فقط در قسمت جلوی آن ، یک سوراخ کوچک یا یک عدسی ساده قرار داشت که تصویر را روی کاغذ می‌انداخت و این اولین باری بود که با استفاده از عدسی‌ها و فعل انفعالات شیمیایی ، ضبط تصور ممکن شد.

اما تصویر حاصل شده ، به علت آنکه که هنوز نمی‌دانستند چگونه املاح نقره اضافی را برای جلوگیری از سیاه شدن آن از بین ببرند، بعد از گذشت زمان تیره می‌شد. تا اینکه در سال 1837 توسط "J.B.Reade" خاصیت تیوسولفیت سدیم (هیپو) که مواد حساس به نور را در مناطق نور نخورده روی کاغذ زایل می‌ساخت، کشف شد. محلول هیپو با ترکیبات نقره ، ترکیباتی را بوجود می‌آورد که به راحتی در آب حل می‌شد و از روی فیلم و یا کاغذ ، زایل می‌گردید. 

اولین عکس رنگی

اولین عکس رنگی نیز در تاریخ 17 مه سال 1861 ، بوسیله Clerk Maxwellدر انجمن سلطنتی انگلستان به نمایش گذاشته شد. البته نمی‌توان گفت که عکس رنگی خوب و ایده آلی ارائه شد، ولی به هر حال با این کار ، فرایند روش رنگی توضیح داده شد. در سال 1870 ، "دکتر مارکس" ، طریقه ساختن امولسیونی را که با استفاده از ژلاتین و مخلوط کردن آن با برومورنقره بدست می‌آمد، معرفی کرد.

صفحات پوشیده از این امولسیون ، برای استفاده در دوربین به دست مصرف کنندگان می‌رسید. امروزه امولسیون تقریبا با همان روش قبلی آماده و مصرف 
می‌شود. 

فرایندهای عکاسی

فرایندهای انجام شده برای ثبت تصویر در عکاسی ، عبارتند از: نوردهی ، ظهور ، ثبوت ، شستشو. 

نوردهی

در نتیجه هدایت نور، خواه به وسیله دوربین عکاسی دلخواه و خواه بوسیله هر دستگاه عملی دیگر ، بر روی سطحی حساس ، تصویری دید آمده و ثبت می‌شود که "تصویر مخفی" نامیده می‌شود. تصویر مخفی ، قابل رویت نبوده و فقط با اعمال روشهای خاص بعدی یعنی عمل ظهور می‌توان آن را قابل رویت ساخت و در حقیقت ، زمانیکه مواد عکاسی (فیلم تخت ، فیلم حلقه‌ای ، کاغذ) در دوربین ، اگراندلسیور یا دستگاه چاپ ، نور می‌بیند، هالوژنهای نقره درون امولسیون آنها به وسیله نور متاثر شده، موجب بروز فعل و انفعالات شیمیایی می‌شود و در نتیجه تصویر مخفی بوجود می‌آورد که بعدها در اثر عمل ظهور قابل رویت می‌شود. 

امولسیون‌های عکاسی

خمیر مایه حاصل از پخش یکنواخت هالوژنهای نقره (کلرور نقره یا برمورنقره یا یدورنقره) ژلاتین را "امولسیون عکاسی" می‌نامند. تهیه امولسیون یکی از کارهای دقیق و حساس در عکاسی است و مراحل تولید آن به شرح زیر می‌باشد: معادله شیمیایی که اساس تولید امولسیون عکاسی می‌باشد، عبارت است از:

AgNO₃ + KCl → AgCl + KNO₃

برای تهیه امولسیون به شکل ساده آن ، محلول ده درصد نیترات نقره را به محلولی که شامل ژلاتین و کلرورپتاسیم است، افزوده و آن را به شدت به هم می‌زنند، به این ترتیب ، بلورهای بسیار ریز کلرور نقره (AgCl) به تدریج و به مقدار زیاد بدست می‌آید. سپس امولسیون حاصل را تا میزان مشخصی که معمولا حدود 90 درجه فارینهایت (33 درجه سانتی‌گراد) است، برای چندین ساعت حرارت می‌دهند. طی این عمل بلورهای هالوژن نقره (کلرور نقره) که بسیار ریز و دارای حساسیت کم است در محلول حل شده ، به دانه های بزرگتر تبدیل می‌شوند که این دانه‌ها هم یکنواخت‌تر و هم نسبت به نور حساستر هستند.

کلیه این اعمال فقط با وجود ژلاتین قابل اجراست. برای تکمیل امولسیون ، مواد شیمیایی دیگری نظیر عامل سخت‌کننده جهت جلوگیری از شل شدن و حل شدن امولسیون در مراحل مختلف ظهور ، عامل حساس کننده جهت افزایش حساسیت امولسیون به رنگهای مختلف طیف نور و غیره به آن می‌افزایند.

سپس امولسیون آماده شده برای مصرف ، نسبت به نوع استفاده ای که از آن خواهد شد، روی سطوحی چون شیشه ، فیلم و کاغذ و غیره مالیده و بسته‌بندی می‌شود. 

حساسیت هالوژن‌های نقره به نور

اگر در تهیه امولسیون ، به جای کلرورپتاسیم ، برمورپتاسیم بکار برده شود، برمورنقره (AgBr) و یا یدور نقره (AgI) تولید می‌شود که آنها نیز حساس به نور هستند. این سه ترکیب را هالوژنهای نقره می‌نامند که از اجزاء اصلی امولسیونهای مورد مصرف در غالب زمینه‌های عکاسی هستند و حساسیت هالوژنها به نور به ترتیب کلرور ، برمور و یدور نقره افزایش می‌یابد. به این ترتیب که برمورنقره حساس‌تر و یا سریع‌تر از کلرونقره است. در نتیجه می‌توان گفت که امولسیون مورد مصرف در ساختن فیلم‌ها ، بیشتر از برمور نقره و گاهی هم در صد کمی از یدور نقره تشکیل می‌شود.

هالوژنهای نقره فقط قسمتی از طیف نور یعنی طول موجی در حدود 500 میلی میکرون را جذب می‌کنند و با افزودن مواد حساس کننده ، حساسیت امولسیون به نور بیشتر می‌شود. مثلا پاره ای از مواد آلی ، امولسیون را نسبت به اشعه ماوراء بنفش حساس می‌کنند و بعضی از این مواد حتی قادرند حساسیت فیلم را تا طول موجی برابر 1250 میلی میکرون گسترش دهند.

بسیاری از این امولسیون های حساس به اشعه ماوراء بنفش در عکسبرداری هوایی ، ستاره شناسی و سایر تحقیقات علمی و فنی که نیاز به عکسبرداری دارند، حائز اهمیت بسیاری هستند. 

فرایند ظهور در عکاسی

فرایندی که طی آن ، در اثر فعل و انفعالات شیمیایی محلولهای ظهور با املاح نقره نورخورده درون امولسیون ، تصویر مخفی به تصویر قابل رویت تبدیل می‌شود،عمل ظهور نامیده می‌شود. تصویر مخفی ، متشکل از بلورهای بسیار ریز نورخورده املاح نقره است و زمانی که در تماس با ظاهر کننده‌ها قرار می‌گیرد، هالوژنهای نقره به نقره آزاد ، احیا شده و از تجمع نقره آزاد ، تصویر شکل می‌گیرد و عامل ظهور نیز اکسید می‌شود. 

محلولهای ظهور عکاسی

محلولهای ظهور ، امولسیونهای سیاه _ سفید بسیار متنوعی هستند و می‌توان گفت، برای هر منظوری ، از محلول ظهور خاصی استفاده می‌شود. ولی بطور کلی محلولهای ظهور ، حاوی مواد زیر می‌باشند: 

حلال

برای مخلوط کردن مواد شیمیایی مختلف یک فرمول ظهور ، از آب بعنوان حلال استفاده می‌شود، از آن رو که محلول حاصله بتواند در امولسیون ، نفوذ کرده و جذب آن شود. در برخی از مواد خاص ، مثل بعضی از انواع ظاهر کننده‌های غلیظ ، مواد حل کننده دوم و یا سومی نیز لازم است تا مواد شیمیایی به صورت محلول بمانند. ماده ای مثل دی‌اتیلن گلیکول که به عنوان نگهدارنده مواد آلی بکار می‌رود. 

عامل ظهور

عوامل ظهور ، ترکیبات شیمیایی پیچیده آلی هستند که وقتی در محلول ظهور حل می‌شوند، دارای قابلیتی می‌شوند که هالوژنهای نقره نورخورده را ظاهر می‌سازند. ولی با هالوژنهای نور نخورده هیچگونه فعل انفعالاتی انجام نمی‌دهند. به عبارت دیگر ، آنها احیا کننده های هستند که الکترونهای لازم جهت احیا شدن یونهای نقره و تبدیل آنها به فلز نقره را آزاد می‌کنند.

بیشتر عوامل ظهور که بطور معمول از آنها استفاده می‌شود، از خانواده بنزن هستند که عبارتند از: هیدروکینون ، اِلون با نام شیمیایی پاراآمینوفنل ، کاتکول (C₄H₄(OH)₄) ، دیانول ، دولمی ( (C₆H₃OH (NH₃Cl₂) ، کودورول (OH , C₆H₄.NH(CH₃COOH) ، آمیدول ، گلیسین ، متول و... 

مواد نگهدارنده (محافظ)

عامل نگهدارنده یا محافظ که معمولا سولفیت سدیم (Na₂SO₄ ) است. اکسیداسیون محلول ظهور را متوقف ساخته و از تیره شدن رنگ آن جلوگیری می‌کند. رنگ محلول ظهور اگر چه سرانجام در اثر استفاده تغییر می‌کند، لیکن وجود نگهدارنده در محلول باعث می‌شود که مقدار بیشتری امولسیون نور خورده در محلول ظاهر شده و رنگ آن هم دیرتر تغییر کند. 

مواد فعال کننده

در محلولهای خنثی ، بسیاری از عوامل ظهور ، قادر به ظهور املاح هالوژنه نقره نور خورده نیستند. به همین دلیل ، در محلول ظهور از مواد قلیایی مخصوصی استفاده می‌شود تا عوامل ظهور را فعالتر سازند. افزایش فعالیت عامل ظهور با بکار بردن مواد قلیایی مختلف و میزان قدرت و ضعف آن ، کنترل می‌شود. معمولترین فعال کننده‌ها به ترتیب افزایش حالت قلیایی آنها عبارتند از: براکس (Na₂B₄O₇,10H₂O)، کدالک(NaBO₄,4H₂O)و کربنات سدیم (Na₂CO₃) و سود سوزآور (NaOH). سولفیت سدیم که به عنوان نگهدارنده هم مصرف می‌شود، دارای خاصیت قلیایی ضعیفی است و به همین دلیل در پاره ای موارد از ماده قلیایی دیگری استفاده نمی‌شود. 

مواد مانع شونده (ضد خفگی)

ماده ضد خفگی ، ظهور هالوژنهای نقره نور نخورده را به تاخیر انداخته و یا از آن جلوگیری می‌کند. در حقیقت مانع از آن می‌شود که نقاطی در امولسیون که فاقد تصویر هستند، با ظهورشان سبب خفگی امولسیون شوند و معمولا از برمورپتاسیم بعنوان عامل خفگی استفاده می‌شود. یونهای برم حاصل از یونیزه شدن برمورپتاسیم به سطح بلورهای نقره جذب شده و باعث کاستن اثر محلول ظهور روی هالوژنهای نقره نور نخورده می‌شود و بنابراین از ظهور بی‌مورد آنها جلوگیری و در نتیجه ، حالت خفگی امولسیون هنگام ظهور کاملا از بین می‌رود. 

اجزای ترکیبی دیگر

مواد متفرقه دیگری نیز گهگاه جهت مقاصد خاصی به محلول ظهور اضافه می‌شوند:

• در مواقعی که محلول ظهور در درجه حرارتهای بیش از معمول مورد استفاده قرار گیرد، به آن سولفات سدیم (NaSO₄) اضافه می‌گردد تا از حل شدن ژلاتین در محلول و از هم پاشیدگی امولسیون جلوگیری شود.

• استفاده از تیوسولفات سدیم (NaCNS) برای از بین بردن و حل کردن جزئی از هالوژنهای نقره.

• استفاده از ماده شیمیایی ضد کلسیم ، باعث سنگینی آب و ایجاد رسوبهای لجن مانند در محلولهای ظهور و کثیف شدن سطح کاغذ چاپ هنگام ظهور می‌شود.

• در محلولهای ظهور رنگی نیز از مواد شیمیایی آلی پیچیده ای به نام "کوپلر جفتگر" استفاده می‌شود.

فرایند ثبوت در عکاسی

به دنبال عمل نوردهی ، فقط قسمتهایی از مواد حساس به نور ، تبدیل به تصویر مخفی شده که بعد از مرحله ظهور نمایان می‌شود. بخشی که تحت تاثیر نور قرار نگرفته و در مرحله ظهور تغییری نکرده است، با نور خوردن محدود ، سیاه می‌شود. برای جلوگیری از این امر ، از محلولهای شیمیایی خاصی به نام "حمام ثبوت" استفاده می‌شود. در واقع مقصود از به کار بردن حمام ثبوت این است که هالوژنهای نقره نور نخورده را از امولسیون جدا کرده و بدین وسیله تصویری ثابت و دایمی حاصل می‌شود.

حمام های ثبوت حاوی ترکیبات زیر می‌باشد: تیوسولفات سدیم "هیپو" Na₂S₂O₃,5H₂O و تیوسولفات آمونیوم NH₄)₂S₂O₃ ) برای حل کردن هالوژنهای نقره ، اسید ضعیفی مانند اسید استیک برای خنثی کردن ماده قلیایی که ممکن است از محلول ظهور به محلول ثبوت انتقال یابد، سولفیت سدیم بعنوان ماده نگهدارنده یا محافظ ، زاجها به عنوان سخت کننده امولسیون جهت جلوگیری از بوجود آمدن آسیبهای احتمالی فیزیکی مانند خراش و غیره هنگام شستشو ، بافرها برای ثبت PH محلول. 

حل شدن هالوژنهای نقره نور نخورده

تیوسولفات "هیپو" با یونهای نقره ، ترکیب ثابتی را بوجود می‌آورد که این ترکیب از تمرکز یا افزایش تعداد یونهای نقره آزاد به طور موثری در محلول جلوگیری می‌کند. این امر سبب می‌شود که برمورنقره و سایر هالوژنهای نقره ، به تدریج و دائما در محلول حل شده و درنتیجه ، سدیم و آمونیوم موجود در محلول ثبوت ، مانند حلال هالوژنهای نقره عمل کنند. 

فرایند شستشو در عکاسی

در فرایند عکاسی ، از آب جهت زدودن مواد شیمیایی که در هر مرحله ، درون امولسیون بوجود می‌آید و به خاطر عدم انتقال آن مواد به مراحل بعدی که سبب آلوده شده آن می‌گردد، استفاده می‌شود. همچنین ، از آب جهت شستشوی نهایی استفاده می‌شود تا مواد شیمیایی باقیمانده در امولسیون از آخرین مرحله آن (مرحله ثبوت) نیز کاملا زایل شده و باعث خرابی تدریجی تصویر نشود. 

نگاتیف (تصویر منفی)

تصویری که طی مراحل ذکر شده حاصل می‌شود، کاملا مانند "موضوع" نیست؛ یعنی آنچه که سفید و روشن است در تصویر ، تیره و آنچه تیره و سیاه است در تصویر ، سفید دیده می‌شود. این محصول را تصویر منفی "نگاتیف" می‌نامند که باید با عمل چاپ ، تصویری بدست آورد تا شبیه موضوعی دیده شود که از آن عکسبرداری شده است. (تصویر مثبت) 

ظهور مثبت (ریورسال)

فرایند ظهور مثبت ، بوجود آمدن تصویری مثبت و یا به عبارت دیگر ، تصویری مانند موضوع اصلی مورد عکسبرداری می‌شود. از این فرایند در تولید فیلمهای آماتوری عکاسی ، عکسهای مثبت "اسلاید" سیاه - سفید برای استفاده در تلویزیون ، تولید و تکثیر نسخه‌های خطی و نظایر آن در امور گرافیک و طراحی و چاپ و در پاره ای موارد در فیلمهای رنگی سینمایی ، تکثیر و تولید اسلایدهای نمایش و نظایر آن استفاده بسیاری می‌شود.

در فرایند ظهور مثبت ، برگردان (ریورسال) ، تصاویر منفی به طرق خاصی شستوش داده شده و از بین می‌روند و به بقیه مواد حساس نور نخورده ، مجددا تحت شرایطی نور داده شده و به جای آنکه عمل ثبوت روی آنها انجام گیرد، مرحله ظهور ادامه پیدا می‌کند. تصویر نهایی در این صورت شبیه موضوع اصلی خواهد شد. 

فرایند ظهور رنگی

طی سال 1879 ، ملاحظه شد که بعضی از عوامل ظاهر کننده عکاسی ، هنگام ظهور تصاویر ، باعث سخت شدن ژلاتین نیز می‌شوند. ضخامت و میزان سخت شدن ژلاتین ، نسبت مستقیمی با مقدار نقره ای که هنگام ظهور مبدل به تصویر قابل رویت می شود، دارد. ژلاتین سخت نشده در قسمتهای بدون تصویر را می‌توان با آب گرمی در حدود 120 درجه فارینهایت شسته و از بین برد. نتیجه و حاصل کار ، به صورت تصویر برجسته ژلاتین به جا می‌ماند. این عمل را "ظهور برجسته" می‌نامند و اهمیت زیادی در برخی از فرایندهای ظهور چاپ رنگی دارد.

در ظهور برجسته ، عمل اکسیداسیون باید آزاد باشد تا در نتیجه ، محلول ، عملیات لازم را روی ژلاتین انجام داده و آن را سخت کند. 
تصاویر برجسته ژلاتین تولید شده در عمل ظهور قادرند که نسبت به ضخامت خود ، اگر در محلولهای مناسب قرار گیرند، مقداری رنگ جذب کنند و رنگ جذب شده را به سطح مناسبی که در تماس کامل با خطوط برجسته تصویر قرار می‌گیرد، انتقال دهند.


در ظهور رنگی ، نقره (در امولسیون) به نسبت نوری که به هالوژنهای نقره تابیده شده، آزاد می‌شود و همزمان با آن ، مواد فرعی تولید شده در اثر اکسیداسیون محلول ظهور با جفتگرهای رنگی "کوپلرها" فعل و انفعالاتی انجام می‌دهد و در نتیجه تصویر رنگی به نسبت مقدار نقره آزاد شده حاصل می‌شود. بنابراین ، هنگام عمل ظهور رنگی ، تصویری که حاصل می‌شود متشکل از نقره و مواد رنگی به نسبتی است که نور به هالوژن خورده است.

این نکته لازم به تذکر است که قسمتی از مولکول جفتگرها در به وجود آوردن مواد رنگی و قسمت دیگر آن ، در تولید ماده ای قابل حل و نفوذ به طبقات مختلف امولسیون موثر است. نوع جفتگر و محلول ظهور ، در ثبات رنگ حاصله و حلال بودن آن تاثیر به سزایی دارند. آلفا- نفتول و کلرو- آلفا- نفتول دو نمونه ای از جفتگرهای رنگی هستند. 

محلولهای ظهور رنگی

بطور کلی ، یک محلول ظهور رنگی دارای همان ترکیباتی است که یک محلول ظهور سیاه - سفید دارد. ترکیباتی چون عامل ظهور ، فعال کننده ، محافظ و عامل ضد خفگی و غیره. همچنین محلول ظهور دارای ترکیبات اضافی دیگری است، حتی اگر جفتگرهای رنگی در درون امولسیون باشند. 

عامل ظهور رنگی

برای ظهور رنگی ، عامل ظهور به خصوصی مورد نیاز است که بتواند به واسطه عمل اکسیداسیون ، با جفتگیرهای رنگی ترکیب شده و تصویر رنگی را بوجود آورد. برای نمونه ، دی متیل- پارا- فنیلن دی آمین و 4- آمینو- ان- اتیل- ان- (بتا متان - سولفونامیدو اتیل)- ام- تولوییدن سسکوسولفات مونوهیدرات را می‌توان نام برد. 

عامل تشدید کننده

از الکل بنزیلیک ، جهت تسریع نفوذ عامل ظهور به همه لایه های مختلف امولسیون رنگی استفاده می‌شود و برای حل کردن هالوژنهای نقره از سولفات اتیلن دی‌آمین استفاده می‌شود. 

عامل فعال کننده

برای این منظور ، از دو ماده شیمیایی قلیایی ، سود سوزآور و فسفات تری سدیک استفاده می‌شود. 

عامل نگهدارنده (محافظ)

اگر چه در محلولهای ظهور رنگی از سولفیت سدیم به عنوان ماده محافظ استفاده می‌شود، اما غلظت آن خیلی کمتر از آن است که در محلولهای ظهور سیاه - سفید بکار می‌رود. 

عامل ضد خفگی

برومورپتاسیم یا یدورپتاسیم با غلظت کمتر از آنچه که در محلولهای سیاه- سفید بکار می‌رود، به عنوان عامل ضد خفگی به کار برده می شود. 

جفتگر کمکی

در بسیاری از ظهورهای رنگی ، کنترل میزان کنتراست رنگها مشکل است. به همین جهت ، ترکیبات خاصی چون اسید سیترازینیک را می‌توان به محلول ظهور افزود تا با برخی از ترکیبات حاصله از اکسیداسیون درون محلول ترکیب شده و ماده بی‌رنگی تولید کند. این عمل ، میزان نقره و رنگهای حاصله از آن را در تصویر کنترل کرده و در نتیجه ، میزان کنتراست تصویر رنگی کنترل می‌شود. 

خوردگی فلزات

تخریب فلزات با عوامل غیر خوردگی

فلزات در اثر اصطکاک ، سایش و نیروهای وارده دچار تخریب می‌‌شوند که تحت عنوان خوردگی مورد نظر ما نیست. 

فرایند خودبه‌خودی و فرایند غیرخودبه‌خودی

خوردگی یک فرایند خودبخودی است، یعنی به زبان ترمودینامیکی در جهتی پیش می‌‌رود که به حالت پایدار برسد. البته M⁺ⁿ می‌‌تواند به حالتهای مختلف گونه‌های فلزی با اجزای مختلف ظاهر شود. اگر آهن را در اتمسفر هوا قرار دهیم، زنگ می‌‌زند که یک نوع خوردگی و پدیده‌ای خودبه‌خودی است. انواع مواد هیدروکسیدی و اکسیدی نیز می‌‌توانند محصولات جامد خوردگی باشند که همگی گونه فلزی هستند. پس در اثر خوردگی فلزات در یک محیط که پدیده‌ای خودبه‌خودی است، اشکال مختلف آن ظاهر می‌‌شود.

بندرت می‌‌توان فلز را بصورت فلزی و عنصری در محیط پیدا کرد و اغلب بصورت ترکیب در کانی‌ها و بصورت کلریدها و سولفیدها و غیره یافت می‌‌شوند و ما آنها را بازیابی می‌‌کنیم. به عبارت دیگر ، با استفاده ‌از روشهای مختلف ، فلزات را از آن ترکیبات خارج می‌‌کنند. یکی از این روشها ، روش احیای فلزات است. بعنوان مثال ، برای بازیابی مس از ترکیبات آن ، فلز را بصورت سولفات مس از ترکیبات آن خارج می‌‌کنیم یا اینکه آلومینیوم موجود در طبیعت را با روشهای شیمیایی تبدیل به ‌اکسید آلومینیوم می‌‌کنند و سپس با روشهای الکترولیز می‌‌توانند آن را احیا کنند.

برای تمام این روشها ، نیاز به صرف انرژی است که یک روش و فرایند غیرخودبه‌خودی است و یک فرایند غیرخودبه‌خودی هزینه و مواد ویژه‌ای نیاز دارد. از طرف دیگر ، هر فرایند غیر خودبه‌خودی درصدد است که به حالت اولیه خود بازگردد، چرا که بازگشت به حالت اولیه یک مسیر خودبه‌خودی است. پس فلزات استخراج شده میل دارند به ذات اصلی خود باز گردند.

در جامعه منابع فلزات محدود است و مسیر برگشت طوری نیست که دوباره آنها را بازگرداند. وقتی فلزی را در اسید حل می‌‌کنیم و یا در و پنجره دچار خوردگی می‌‌شوند، دیگر قابل بازیابی نیستند. پس خوردگی یک پدیده مضر و ضربه زننده به ‌اقتصاد است. 

جنبه‌های اقتصادی فرایند خوردگی

برآوردی که در مورد ضررهای خوردگی انجام گرفته، نشان می‌‌دهد سالانه هزینه تحمیل شده از سوی خوردگی ، بالغ بر 5 میلیارد دلار است. بیشترین ضررهای خوردگی ، هزینه‌هایی است که برای جلوگیری از خوردگی تحمیل می‌‌شود.

پوششهای رنگها و جلاها

ساده‌ترین راه مبارزه با خوردگی ، اعمال یک لایه رنگ است. با استفاده ‌از رنگها بصورت آستر و رویه ، می‌‌توان ارتباط فلزات را با محیط تا اندازه‌ای قطع کرد و در نتیجه موجب محافظت تاسیسات فلزی شد. به روشهای ساده‌ای می‌‌توان رنگها را بروی فلزات ثابت کرد که می‌‌توان روش پاششیرا نام برد. به کمک روشهای رنگ‌دهی ، می‌‌توان ضخامت معینی از رنگها را روی تاسیسات فلزی قرار داد.

آخرین پدیده در صنایع رنگ سازی ساخت رنگهای الکتروستاتیک است که به میدان الکتریکی پاسخ می‌‌دهند و به ‌این ترتیب می‌توان از پراکندگی و تلف شدن رنگ جلوگیری کرد. 

پوششهای فسفاتی و کروماتی

این پوششها که پوششهای تبدیلی نامیده می‌‌شوند، پوششهایی هستند که ‌از خود فلز ایجاد می‌‌شوند. فسفاتها و کروماتها نامحلول‌اند. با استفاده ‌از محلولهای معینی مثل اسید سولفوریک با مقدار معینی از نمکهای فسفات ، قسمت سطحی قطعات فلزی را تبدیل به فسفات یا کرومات آن فلز می‌‌کنند و در نتیجه ، به سطح قطعه فلز چسبیده و بعنوان پوششهای محافظ در محیط‌های خنثی می‌‌توانند کارایی داشته باشند.

این پوششها بیشتر به ‌این دلیل فراهم می‌‌شوند که ‌از روی آنها بتوان پوششهای رنگ را بر روی قطعات فلزی بکار برد. پس پوششهای فسفاتی ، کروماتی ، بعنوان آستر نیز در قطعات صنعتی می‌‌توانند عمل کنند؛ چرا که وجود این پوشش ، ارتباط رنگ با قطعه را محکم‌تر می‌‌سازد. رنگ کم و بیش دارای تحلخل است و اگر خوب فراهم نشود، نمی‌‌تواند از خوردگی جلوگیری کند. 

پوششهای اکسید فلزات

اکسید برخی فلزات بر روی خود فلزات ، از خوردگی جلوگیری می‌‌کند. بعنوان مثال ، می‌‌توان تحت عوامل کنترل شده ، لایه‌ای از اکسید آلومینیوم بر رویآلومینیوم نشاند. اکسید آلومینیوم رنگ خوبی دارد و اکسید آن به سطح فلز می‌‌چسبد و باعث می‌‌شود که ‌اتمسفر به‌ آن اثر نکرده و مقاومت خوبی در مقابل خوردگی داشته باشد. همچنین اکسید آلومینیوم رنگ‌پذیر است و می‌‌توان با الکترولیز و غوطه‌وری ، آن را رنگ کرد. اکسید آلومینیوم دارای تخلخل و حفره‌های شش وجهی است که با الکترولیز ، رنگ در این حفره‌ها قرار می‌‌گیرد.

همچنین با پدیده ‌الکترولیز ، آهن را به ‌اکسید آهن سیاه رنگ (البته بصورت کنترل شده) تبدیل می‌‌کنند که مقاوم در برابر خوردگی است که به آن "سیاه‌کاری آهن یا فولاد" می‌‌گویند که در قطعات یدکی ماشین دیده می‌‌شود. 

پوششهای گالوانیزه

گالوانیزه کردن (Galvanizing) ، پوشش دادن آهن و فولاد با روی است. گالوانیزه ، بطرق مختلف انجام می‌‌گیرد که یکی از این طرق ، آبکاری با برق است. در آبکاری با برق ، قطعه‌ای که می‌‌خواهیم گالوانیزه کنیم، کاتد الکترولیز را تشکیل می‌‌دهد و فلز روی در آند قرار می‌‌گیرد. یکی دیگر از روشهای گالوانیزه ، استفاده ‌از فلز مذاب یا روی مذاب است. روی دارای نقطه ذوب پایینی است.

در گالوانیزه با روی مذاب آن را بصورت مذاب در حمام مورد استفاده قرار می‌‌دهند و با استفاده ‌از غوطه‌ور سازی فلز در روی مذاب ، لایه‌ای از روی در سطح فلز تشکیل می‌‌شود که به ‌این پدیده ، غوطه‌وری داغ (Hot dip galvanizing) می‌گویند. لوله‌های گالوانیزه در ساخت قطعات مختلف ، در لوله کشی منازل و آبرسانی و ... مورد استفاده قرار می‌‌گیرند. 

پوششهای قلع

قلع از فلزاتی است که ذاتا براحتی اکسید می‌‌شود و از طریق ایجاد اکسید در مقابل اتمسفر مقاوم می‌‌شود و در محیطهای بسیار خورنده مثل اسیدها و نمکها و ... بخوبی پایداری می‌‌کند. به همین دلیل در موارد حساس که خوردگی قابل کنترل نیست، از قطعات قلع یا پوششهای قلع استفاده می‌‌شود. مصرف زیاد این نوع پوششها ، در صنعت کنسروسازی می‌‌باشد که بر روی ظروف آهنی این پوششها را قرار می‌‌دهند. 

پوششهای کادمیم

این پوششها بر روی فولاد از طریق آبگیری انجام می‌‌گیرد. معمولا پیچ و مهره‌های فولادی با این فلز ، روکش داده می‌‌شوند. 

فولاد زنگ‌نزن

این نوع فولاد ، جزو فلزات بسیار مقاوم در برابر خوردگی است و در صنایع شیر آلات مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع فولاد ، آلیاژ فولاد با کروم می‌‌باشد و گاهی نیکل نیز به ‌این آلیاژ اضافه می‌‌شود. 

 

 

شیمی چسب

دید کلی

ساخت و مصرف چسب از گذشته رایج بوده است. در قدیم ، از موادی چون قیر و صمغ درختان به عنوان چسب استفاده می‌کردند. در تمام قرون گذشته و همچنین قرن نوزدهم چسب‌ها منشاء حیوانی و یا گیاهی داشته‌اند. چسب‌های حیوانی بطور عمده بر مبنای کلوژن مامالیامMammaliamبودند که پروتئین اصلی پوست ، استخوان و رگ و پی است و چسب‌های گیاهی از نشاسته و دکسترین دانه‌های گندم ، سیب زمینی و برنج تهیه می‌شدند. 

کاربردهای متنوع چسب‌

از قرن نوزدهم بتدریج با پیدایش چسب‌های سنتتیک ساخته شده در صنعت پلیمر ، چسب‌های سنتی و گیاهی و حیوانی از صحنه خارج شده است. صنعت چسب به صورت گسترده ای در حال رشد می‌باشد و تعداد محدودی وسایل مدرن ساخت بشر وجود دارد که از چسب در آنها استفاده نشده است. در اتصالات اغلب وسایل از یک جعبه بسیار ساده غلات گرفته تا هواپیمای پیشرفته بوئینگ 747 از چسب استفاده شده است.

امکانات بشر می‌تواند بوسیله چسب‌ها اصلاح گردد. این مطلب ، شامل استفاده از سیمان‌های سخت شده توسط UV در دندانپزشکی و سیمان‌های پیوند آکلریلیک در جراحی استخوان می‌باشد. پیشرفت جدیدی که اخیرا در کاربرد چسب حاصل گشت، اتصال ریل‌های فولادی و تراموای جدید شهر منچستر بود. چسب‌ها نه تنها برای موادی که بایستی چسبانده و بهم پیوسته شوند، بلکه در ایجاد چسبندگی برای موادی از قبیل جوهر تحریر ، رنگها و سایر سطوح پوششی ، وسایل بتونه کاری و وجوه میانی در مواد ترکیبی از قبیل فولاد یا بافت پارچه ، در تایرهای لاستیکی و شیشه‌ یا الیاف در پلاستیک‌ها ضروری هستند. 

اجزای تشکیل دهنده چسب‌ها

مواد پلیمری

چسب‌ها ، همگی حاوی پلیمر هستند یا پلیمرها در حین سخت شدن چسب‌ها بوسیله واکنش شیمیایی پلیمر شدن افزایشی یا پلیمر شدن تراکمی حاصل می‌شوند. پلیمرها به چسب‌ها قدرت چسبندگی می‌دهند. می‌توان آنها را به صورت رشته‌هایی از واحدهای شیمیایی همانند که بوسیله پیوند کووالانسی به هم متصل شده‌اند، در نظر گرفت.

پلیمرها در دماهای بالا روان می‌گردند و در حلال‌های مناسب حل می‌گردند. خاصیت روان شدن آنها در چسب‌های حرارتی و خاصیت حل شوندگی آنها در چسب‌های بر پایه حلال ، یک امر اساسی می‌باشد. پلیمرهای شبکه‌ای در صورت گرم شدن جریان نمی‌یابند، ممکن است در حلال‌ها متورم گردند، ولی حل نمی‌شوند. تمامی چسب‌های ساختمانی ، شبکه‌ای هستند، زیرا این مورد خزش (تغییر شکل تحت بار ثابت) از بین می‌برد. 

افزودنیهای دیگر

بسیاری از چسب‌ها ، علاوه بر مواد پلیمری دارای افزودنیهایی هستند از قبیل:

• مواد پایدار کننده در برابر تخریب توسط اکسیژن و UV. 

• مواد نرم کننده که قابلیت انعظاف را افزایش می‌دهد و دمای تبدیل شیشه‌ای (T_g ) را کاهش می‌دهد.

• مواد پر کننده معدنی که میزان انقباض در سخت شدن را کاهش می‌دهد و خواص روان شدن را قبل از سخت شدن تغییر می‌دهد و خواص مکانیکی نهایی را بهبود می‌بخشد.

• مواد تغلیظ کننده.

• معرف های جفت کننده سیلانی.

تئوریهای چسبندگی

درباره چسبندگی شش تئوری وجود دارد که عبارتند از:

تئوری جذب فیزیکی

جذب فیزیکی شامل نیروهای وان‌دروالسی در بین سطوح می‌باشد که در بر گیرنده جاذبه‌های بین دو قطبی‌های دائم و دو قطبی القایی و نیروهای لاندن می‌باشد. 

تئوری جذب شیمیایی

تئوری پیوند شیمیایی در مورد چسبندگی ، بر اساس تشکیل پیوندهای کووالانسی ، یونی و هیدروژنی بین سطح می‌باشد. مدارکی مبنی بر اینکه پیوندهای کووالانسی با عوامل جفت کنندگی سیلانی تشکیل می‌شود، وجود دارد و ممکن است که چسب‌ها شامل گروههای هیدروکسی یا آمین باشند که با اتم‌های هیدروژن فعال از قبیل گروههای هیدروکسیل ، اگر چوب یا کاغذ اجزا مورد عمل باشند، پیوند هیدروژنی ایجاد می‌کنند. 

تئوری نفوذ

تئوری نفوذ این دیدگاه را مطرح می‌کند که پلیمرها هنگام تماس ممکن است در همدیگر نفوذ کنند. بنابراین مرز درونی سرانجام برداشته می‌شود و نفوذ پلیمرها در صورتی اتفاق می‌افتد که زنجیرهای متحرک و سازگار باشند. به عبارت دیگر ، دما باید از دمای تبدیل شیشه‌ای بالاتر رود. 

تئوری الکتروستاتیک

تئوری الکتروستاتیک ، از این طرح سرچشمه گرفته است که وقتی دو فلز در تماس با یکدیگر باشند، الکترون‌ها از یکی به دیگری منتقل می‌شوند و بنابراین یک لایه مضاعف الکتریکی تشکیل می‌گردد که نیروی جذب را نشان می‌دهد. چون پلیمرها ، نارسانا هستند، مشکل به نظر می‌رسد که این تئوری برای چسب‌ها کاربرد داشته باشد. 

تئوری پیوند درونی مکانیکی

اگر سطحی را که می‌خواهیم روی آن چیزی بچسبانیم، دارای سطحی نامنظم باشد آنگاه ممکن است چسب در ناهمواری‌های سطح ، قبل از سخت شدن داخل شود. این ایده ، باعث ظهور این تئوری شد که به اتصالات چسب با مواد متخلخل از قبیل چوب و نسوجات بسط داده شد. مثالی از این قبیل ، عبارت از استفاده از اتو در لایه چسب و در لباس می‌باشد. لایه چسب‌ها ، حاوی چسب‌های ذوبی هستند که پس از ذوب در پارچه نفوذ می‌کنند. 

تئوری لایه مرزی ضعیف

تئوری لایه مرزی ضعیف ، پیشنهاد می‌کند که سطوح تمیز ، پیوندهای قوی‌تری با چسب ایجاد می‌کنند. اما برخی آلودگیها از قبیل زنگ و روغن یا گریسها ، لایه ای ایجاد می‌کنند که چسبندگی ضعیفی دارد. همه آلودگیها ، لایه مرزی ضعیف تشکیل نمی‌دهند، زیرا در برخی حالات ، آنها توسط چسب حل خواهند شد. در این محدوده ، چسب‌های ساختمانی آکریلیک ، برتر از اپوکسیدها هستند و این ، بدلیل توانایی آنها برای حل کردن روغن‌ها و گریس‌ها می‌باشد. 

آماده سازی سطح برای چسبندگی

آماده سازی نامناسب یا نادرست سطح ، احتمالا دلیل عمده شکسته شدن اتصالات چسبی می‌باشد. آماده‌ سازی سطح یک جسم با روش‌های زیر انجام می‌گیرد: روش های سائیدگی ، استفاده از حلال‌ها ، تخلیه شعله وکرونا ، حک کردن تفلون ، حک کردن فلزات ، آندی کردن فلزات ، استفاده از چند سازه ها. 

انواع چسب‌ها

چسب‌هایی که توسط واکنش شیمیایی سخت می‌شوند

• چسب‌های اپوکسیدی:
  اپوکسیدها ، بهترین نوع چسبهای شناخته شده ساختمانی هستند و بیشترین کاربرد را دارند. رزین اپوکسی که اغلب در حالت معمول استفاده می‌شود، معمولا دی گیلیسریل اتراز بیس فنل DGEBA)A) نامیده می‌شود و بوسیله واکنش نمک سدیم از بیس فنل A با اپی کلروهیدرین ساخته می‌شود. آمینهای آروماتیک و آلیفاتیک به عنوان عامل سخت کننده استفاده می‌شوند. این چسب‌ها به چوب ، فلزات ، شیشه ، بتن ، سرامیک‌ها و پلاستیک‌های سخت بخوبی می‌چسبند و در مقابل روغن‌ها ، آب ، اسیدهای رقیق ، بازها و اکثر حلال‌ها مقاوم هستند. بنابراین کاربرد بیشتری در چسباندن کفپوش‌های وینیلی در سرویس‌ها و مکان‌های خیس و به سطوح فلزی دارند.

• چسب‌های فنولیک برای فلزات:
  وقتی که فنل با مقدار اضافی فرمالدئید تحت شرایط بازی در محلول آبی واکنش کند، محصول که تحت عنوان رزول شناخته شده و الیگومری شامل فنل‌های پلدار شده توسطاتروگرومتیلن روی حلقه‌های بنزن می‌باشد، بدست می‌آید. برای جلوگیری از تشکیل حفره‌های پر شده از بخار ، اتصالات چسب‌های فنولیک تحت فشار ، معمولا بین صفحات پهن فولادی گرم شده توسط پرس هیدرولیک سخت می‌شوند. بدلیل شکننده بودن فنولیکها ، پلیمرهایی از جمله پلی وینیل فرمال ، پلی وینیل بوتیرال ، اپوکسیدها و لاستیک نیتریل اضافه می‌شود تا سخت‌تر گردند.

• چسب‌های تراکمی فرمالدئید برای چوب:
  تعدادی از چسب‌های مورد استفاده برای چوب نتیجه تراکم فرمالدئید با فنول و رزوسینول (1و3 دی هیدروکسی بنزن) هستند. بقیه با اوره یا ملامین متراکم می‌شوند.

• چسب‌های آکریلیک:
  چسب‌های ساختاری شامل منومرهای آکریلیک توسط افزایشی رادیکال آزاد در دمای محیط سخت می‌شوند. منومر اصلی ، متیل متاکریلات (MMA) می‌باشد، اما موارد دیگری از قبیل اسید متاکریلات برای بهبود چسبندگی به فلزات بوسیله تشکیل نمکهای کربوکسیلات و بهبود مقاومت گرمایی و اتیلن گلیکول دی متیل اکریلات برای شبکه‌ای کردن نیز ممکن است مورد استفاده قرار گیرد.
  
  کلروسولفونات پلی اتیلن ، یک عامل سخت کننده لاستیک است و کیومن هیدورپراکساید و N,N دی متیلن آنیلین ، اجزاء یک آغازگر اکسایشی- کاهشی هستند. پیوند دهنده هایی که برای اتصالات محکم مصنوعی به استخوان‌های انسان و پوششهای چینی برای دندان‌ها استفاده می‌شود نیز بر مبنای MMA هستند و بطورکلی برای جسباندن فلزات ، سرامیک‌ها ، بیشتر پلاستیک‌ها و لاستیک‌ها استفاده می‌شود و اتصالات پرقدرتی را ایجاد می‌کنند.

• چسب‌های غیر هوازی:
  چسب‌های غیر هوازی در غیاب اکسیژن که یک بازدارنده پلیمر شدن است، سخت می‌گردد. این چسب‌ها اغلب بر پایه دی متاکریلات‌هایی از پلی اتیلن گلیکول هستند. کاربرد این چسب‌ها ، اغلب در محل اتصال چرخ دنده ها ، تقویت اتصالات استوانه‌ای و برای دزدگیری می‌باشد.

• چسب های پلی سولفیدی:
  پلی سولفیدها در ابتدا به عنوان دزدگیر استفاده می‌شدند و یک کاربرد مهم دزدگیری لبه‌های آینه‌های دوبل می‌باشد. هر دو برای اینکه واحدها را باهم نگه دارند و مانعی در برابر نفوذ رطوبت ایجاد کنند. آنها به وسیله بیس (2- کلرواتیل فرمال) با سدیم پلی سولفید تهیه می‌شوند و به منظور کاهش قیمت از پرکننده های معدنی استفاده می‌شود. به عنوان نرم کننده ، از فتالات‌ها و معرف‌های جفت کننده سیلانی استفاده می‌شود و عامل سخت کننده آنها شامل دی اکسید منگنز و کرومات هستند.

• سفت شدن لاستیکی چسب‌های ساختمانی:
  بسیاری از چسب‌های ساختمانی ، پلیمرهای لاستیکی حل شده ای در خودشان دارند. وقتی که چسب‌ها سخت می‌شوند، لاستیک به صورت قطراتی با قطر حدود 1µm رسوب می‌کند. لاستیکهای استفاده شده در این روش شامل پلی وینیل فرمال (pvf) و پلی وینیل بوتیرال (PVB) هستند که هر دو بوسیله واکنش آلدئید مناسب با پلی وینیل الکل ساخته می‌شوند.

• سیلیکون‌ها:
  چسب‌های یک جزئی سیلیکون اغلب به چسب‌های ولکانیزه شونده در دمای اطاق (rtv) معروفند و شامل پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS) با جرم‌های مولکولی در محدود 1600-300 با گروههای انتهای استات ، کتوکسیم یا اتر هستند. این گروهها توسط رطوبت اتمسفر ، هیدرولیز شده ، گروههای هیدروکسیل تشکیل می‌دهند که بعدا با حذفآب متراکم می‌شوند.
  
  چسب‌های سیلیکونی نرم و مطلوب هستند و دارای مقاومت محیطی و شیمیایی خوبی هستند. این چسب‌ها به عنوان بهترین پوشش برای استفاده در حمام شناخته شده‌اند.

چسب چوب

چسب‌هایی که بدون واکنش شیمیایی سخت می‌شوند

این چسب‌ها شامل سه نوع زیر می‌باشند

• چسب‌هایی که در اثر حذف حلال سخت می‌شوند:

  • چسب‌های تماسی: چسبهای تماسی احتمالا از معروف‌ترین چسب‌ها بر پایه حلال هستند. این‌ها محلول‌هایی از پلیمر در حلال آلی هستند که در دو سطح بکار می‌روند تا متصل شوند. ماده اصلی این چسب‌ها ، لاستیک پلی کلروپرن (پلی کروپرن ، پلی کلرو بوتادین) است و برای چسباندن روکش‌های تزئینی و پلاستیکهای محکم دیگر مثل ABS , DVC به چوپ و محصولات فلزی و چسبهای تماسی DIY برای تخت کفش بکار می‌روند.

  • چسب‌های پمادی: چسب‌های بر پایه حلال مشهور که در ظروف پماد مانند به عموم فروخته می‌شوند، اغلب محلول‌هایی از لاستیک نیتریل (همی‌پلیمر یا بوتادین و آکریلونیتریل) در حلال‌های آلی هستند.

• چسب‌هایی که با از دست دادن آب سخت می‌شوند:

  • محلول‌های آبی و خمیرها: نشاسته ، ذرت و غلات ، منابع عمده برای استفاده چسب هستند. موارد مصرف عمده برای چسباندن کاغذ ، مقوا و منسوجات می‌باشد. کاربردهای آن شامل صفحات موجدار ، پاکتهای کاغذی ، پنجرگیری تیوپ ، چسباندن کاغذ دیواری و چسب‌های تر شدنی مجدد با آب می‌باشد. چسب‌های تر شدنی توسط آب شامل پلی (وینیل الکل) (DVOH) که در تمبر‌های پُستی مورد استفاده قرار می‌گیرند و از لاتکس صمغهای طبیعی (مثلا صمغی و دکسترین) و پلی وینیل استات (DVN) همراه با مقدار زیادی DVOH پایدار کننده تولید می‌شوند. DVOH تنها پلیمرمعروفی است که از منومر خودش ساخته نمی‌شود.

  • امولسیونهای آبی: اجزا ترکیبی برای پلیمریزه شدن امواسیونی عبارتند از: آب ، منومرها ، پایدار کننده ها و آغازگر. محصول پلیمر شدن امولسیونی ، شیرابه ای از ذرات پلیمر با پایدار کننده‌های جذب شده می‌باشد. معروف‌ترین مثال ،‌ چسب چوب DIY است که شیرابه آن ، شامل پلیمر پلی وینیل استات (DVA) است و به میزان زیادی در کارهای کارگاهی و در چسباندن اتصالات تاق و زبانه برای درها ، پنجره ها و مبلمان در کارخانه‌ها استفاده می‌شود و مثال دیگر در رنگهای امولسیونی بر پایه DVA هستند که برای پوشش سطح یا به عنوان چسب استفاده می‌شود.

• چسب‌هایی که به وسیله سرد کردن سخت می‌شوند:

  • چسب‌های ذوبی: ماده اولیه چسب‌های ذوبی که از ابزار تفنگ شکلی خارج می‌شود، معمولا اتیلن وینیل استات (EVA) می‌باشد. کاربرد این چسب‌ها شامل استفاده در جعبه‌های مقوایی ، صفحه کتاب ، اتصالات حرارتی و نئوپان می‌باشد. از دیگر چسب‌های ذوبی می‌توان چسب‌های ذوبی پلی آمیدی ، پلی اورتان ، استرهای آلیفاتیک ، پلی استر اشاره کرد.

چسب‌های حساس به فشار

چسب‌های حساس به فشار ، دائما چسبناک باقی می‌مانند و به خاطر استفاده در نوار چسب‌ها و برچسب‌ها معروف هستند. این چسب‌ها بطور عمده بر پایه لاستیک طبیعی ، همی پلیمر دسته‌ای و تصادفی ، استیرن - بوتادین و آکریلیک هستند. PVC نرم شده و پلی اتیلن ، مواد نوار معمولی هستند. یک طرف نوار با یک آستری یا لایه زیری پوشیده شده است. به همین دلیل ، چسب دائما چسبناک می‌ماند و طرف دیگر ، دارای پوشش آزاد کننده ای است که وقتی که نوار باز می‌شود، با چسب جدا می‌گردد. مواد آزاد کننده که اغلب استفاده می‌شود، همی پلیمری از وینیل الکل و وینیل اکتادسیل کاربامات است که در اثر واکنش با DVOH با اکتادسیل ایزوسیانات ساخته می‌شود. 

معایب و مزایای چسب‌ها

معایب

1. عموما چسب‌ها بوسیله آب یا بخار آب سست می‌شوند.

2. محدوده رهایی کار آنها کمتر از چسباننده‌های فلزی (مهره ها ،پیچ ها و بست‌های آهنی و غیره) است.

3. چسب‌ها توسط دمای تبدیل شیشه ای (Tg) و تخریب شیمیایی محدود شده‌اند.

مزایا

1. اتصال مواد غیر مشابه و لایه‌های نازک از مواد

2. گسترش بار بر روی یک ناحیه وسیع

3. زیبایی و حالت آئرودینامیک آنها بر روی سطوح خارجی اتصال

4. کاربرد آنها با استفاده از ماشین روبات می‌باشد.

شیمی شیشه

دید کلی

شیشه از نظر ساختمان مولکولی در حالت جامد آرایش مولکولی نامنظم دارد. در درجه حرارت‌های بالا ، شیشه مثل هر مایع دیگری رفتار می‌کند. اما با کاهش دما ، گرانرویآن بطور غیر عادی افزایش می‌یابد و باعث می‌شود مولکول‌ها نتوانند در آرایشی که لازمه کریستال شدن است، قرار گیرند. به این ترتیب شیشه از نظر ساختمان مولکولی مانند مایعات نامنظم است، ولی این ساختمان غیر منظم ، دیگر متحرک نیست.

شیشه جسمی سخت است که سختی آن در حدود 8 می‌باشد و همه اجسام بجزالماسه‌ها را خط می‌اندازد. وزن مخصوص شیشه 2.5 گرم بر سانتیمتر مکعب بوده و بسیار تُرد و شکننده است. شیشه در مقابل تمام مواد شیمیایی حتی اسیدهای قوی و بازها مقاومت کرده و تحت تاثیر خورندگی واقع نمی‌شود، به همین علت ظرف آزمایشگاهی را از شیشه می‌سازند. فقط اسید فلوئوریدریک (HF) بر آن اثر داشته و شیشه را در خود حل می‌نماید. 

تاریخچه

شیشه گری ، یکی از قدیمیترین حرفه‌هایی است که بشر بدان اشتغال داشته است. مصری‌ها سازنده اولین اشیای شیشه‌ای بوده‌اند که ظروف بدست آمده از حفاریهای مصر قدمت 5000 ساله دارد. رومیان نیز در فن شیشه گری مهارت داشته‌اند و در این صنعت از سایرین پیشرفته‌تر بودند. رونق شیشه سازی در نخستین ادوار تاریخ اسلامی صورت گرفته است، زیرا هنری بود که در مساجد و زیارتگاه‌ها و تزئینات مذهبی جلوه خاصی داشته و مورد استفاده قرار می‌گرفت.

در ایران نیز ساختن شیشه قدمت چند هزار ساله دارد. و نخستین واحد ماشینی تولید شیشه ساختمانی در ایران در سال 1340 شروع بکار کرد. 

ترکیبات سازنده شیشه

اجزای اصلی تشکیل دهنده شیشه

با نگاه به جدول عناصر ، کمتر عنصری را می‌توان یافت که از آن شیشه بدست نیاید، ولی سه ماده کربنات دو سود ، سنگ آهک و سیلیس ، مواد اصلی تشکیل دهنده شیشه می‌باشند. مواد شیشه ساز مورد تایید موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران عبارتند از سیلیس (SiO₂) ، دی‌اکسید بور (B₂O₃) ، پنتا اکسید فسفر (P₂O₅) که از هر کدام بتنهایی می‌توان شیشه تهیه نمود. 

گدازآورها

کربنات سدیم (Na₂CO₃) ، کربنات پتاسیم (K₂CO₃) و خرده شیشه ، سیلیکات سدیم و پتاسیم (Na₂SiO₃ , K₂SiO₃) که حاصل ترکیب سیلیس با گدازآورها می‌باشند، در آب حل می‌شوند و از شفافیت شیشه به تدریج کم می‌کنند. به همین علت است که اغلب شیشه‌های مصرف شده در گلخانه پس از چند سال کدر می‌شوند و نور از آنها بخوبی عبور نمی‌نماید. 

تثبیت کننده‌ها

برای آنکه مقاومت شیشه را در مقابل آب و هوا ثابت کنیم، باید اکسیدهای دو ظرفیتی باریم ، سرب ، کلسیم ، منیزیم و روی به مخلوط اضافه کنیم که به این عناصر ، ثابت کننده می‌گویند. 

تصفیه کننده‌ها

موجب کاستن حباب هوای موجود در شیشه می‌شوند و بر دو نوعند:

1. فیزیکی: سولفات سدیم (Na₂SO₄) ، کلرات سدیم (NaClO₃). با ایجاد حباب‌های بزرگ حباب‌های کوچک را جذب و از شیشه مذاب خارج می‌کنند.

2. شیمیایی: املاح آرسنیک و آنتیموان ترکیباتی ایجاد می‌کنند که حباب‌های کوچک داخل شیشه را از بین می‌برند.

تا اینجا به موادی اشاره کردیم که عدم وجودشان ، در مواد اولیه باعث از بین رفتن مرغوبیت کالا می‌شد. حال به چند ماده دیگر که به نوعی در تولید شیشه سهیم هستند، اشاره می‌کنیم. 

افزودنیها

1. استفاده از بوراکس به جای اکسید و کربنات سدیم (گدازآور) که در اثر حرارت به Na₂O و B₂O₃ تجزیه می‌شود و در واقع بجای هر دو ماده عمل می‌کند.

2. استفاده از نیترات سدیم NaNo₃برای از بین بردن رنگ سبز شیشه (ناشی از اکسید آهن که همراه مواد دیگر وارد کوره می‌شود).

3. استفاده از اکسید منگنز که باعث مقاومت بیشتر در مقابل عوامل جوی و شفاف‌تر شدن شیشه می‌شود.

4. استفاده از اکسید سرب PH₃O₄ , PbO به جای CaO برای ساختن شیشه‌های مرغوب بلور و کریستال که باعث درخشندگی شیشه می‌شوند.

5. برای ساختن کریستال مرغوب از اکسید نقره استفاده می‌کنند.

6. استفاده از فلدسپار که باعث مقاومت بهتر در مقابل مواد شیمیایی می‌شود.

7. برای اینکه شیشه در برابر اسید فلوئوریدریک هم مقاوم باشد، ترکیباتی از فسفات به آن می‌افزایند.

8. استفاده از خرده شیشه که به ذوب مواد سرعت بیشتری می‌دهد.

9. استفاده از اکسید فلزات برای تهیه شیشه‌های رنگی.

10. اکسید سزیم برای جذب اشعه زیر قرمز و اکسید بر برای ازدیاد مقاومت حرارتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

دو نمونه از عناصر تشکیل دهنده که عمومیت بیشتری دارند، در زیر ذکر می‌گردد.

• ترکیبات(1): اکسید سیلیسیم (SiO₂) در حدود 74 تا 80 درصد و بقیه شامل پراکسید سدیم (NaO₂) تا 15 درصد و اکسید کلسیم 7 تا 12 درصد اکسید منیزیم 2 تا 4 درصد و 2 درصد هم عناصر دیگر مانند Fe₂O₃ - MnO - Al₂O₃ - TiP₂ - SiO₃.

• ترکیبات (2): اکسید سیلیسیم (SiO₂) در حدود 73 درصد ، اکسید سدیم 15 درصد ، اکسید کلسیم 5.55 درصد ، اکسید منیزیم 3.6 درصد ، اکسید آلومینیوم 1.5 درصد ، اکسید بور (B₂O₃) و اکسید پتاسیم( K₂O) هر کدام 0.4 درصد ، اکسید آهن (Fe₂O₃) و اکسید سیلیسیم 6 ظرفیتی SiO₃ هر کدام 0.3 درصد.
  
  علاوه بر مواد فوق همیشه مقداری خرده شیشه نیز با این مواد وارد کوره می‌گردد.

انواع شیشه و کاربرد آنها

شیشه به اشکال مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ساخت لوازم تزیینی مانند گل ، تابلو و غیره در ساختن ظروف آزمایشگاهی و یا ظروف آشپزخانه مانند لیوان ، بطری و غیره و بالاخره در ساختن شیشه‌های مسطح که در دو نوع ساده و مشجر عرضه می‌گردد و مصارف مختلفی دارد که عمده ترین کاربرد آن به عنوان در و پنجره در کارهای ساختمانی است که به شکلهای مختلف اعم از شیشه‌های شفاف ، نیمه شفاف و رنگی ، جاذب حرارت ، ایمنی ، دوجداره ، سکوریت و... وجود دارد.

همچنین در آینه سازی ، صنایع نشکن ، صنایع یخچال سازی ، میزهای شیشه‌ای ، انواع شیشه رومیزی و تیغه کاری ساختمان کاربرد دارد. 

شیشه رنگی

به دو طریق می‌توان شیشه رنگی بدست آورد.

1. با افزودن و کم کردن بعضی مواد شیمیایی در مصالح اولیه تهیه شیشه. برای نمونه اکسیدهای مسی به شیشه رنگهای مختلف قرمز می‌دهد و رنگ آبی پر رنگ بوسیلهاکسید کبالت بدست می‌آید. رنگ زرد با افزودن مقداری اکسید اورانیوم و کادمیوم حاصل می گردد.

2. شیشه سفید را در شیشه مذاب رنگی فرو می‌کنند تا دو روی آن رنگی شود. شیشه‌های رنگی در ویترین مغازه‌ها ، نمایشگاهها ، آزمایشگاهها و ساختمانهای صنعتی بکار می‌روند.

شیشه ضد آتش (پیرکس)

همراه مواد اولیه این شیشه‌ها در مقابل حرارت ، مقاومت زیادی دارند، مقدار زیادی اکسید بوریک بکار می‌رود و سیلیس آنها از انواع شیشه‌های معمولی بیشتر است. معمولا از آنها به عنوان ظروف آزمایشگاه و آشپزخانه و یا در جلوی بخاری‌های دیواری و اجاقها استفاده می‌نماید. 

شیشه مسطح

این نوع شیشه را با اضافه نمودن توری فلزی در میان شیشه می‌سازند و بیشتر برای درهای ورودی ، کارگاهها ، موتورخانه‌ها ، آسانسورها و هر جایی که خطر شکستن و فروریختن شیشه وجود دارد، استفاده می‌نمایند. 

شیشه دوجداره (مضاعف)

این نوع شیشه‌ها ، از دو لایه ساده و گاهی رنگی که به موازات یکدیگر قرار گرفته‌اند و لبه‌ها یا درزهای آنها هوابندی شده است و فضای بین آنها با مواد خشک کننده‌ای مانند سیلیکاژل ، پُر و یا در بعضی از موارد بین دو لایه ، خلاء ایجاد می‌شود. این نوع شیشه که عایق گرما ، سرما و صداست، در بسیاری از ساختمانها مانند فرودگاهها ، هتل‌ها و بیمارستانها بکار می‌رود. 

شیشه سکوریت

در این حالت ، شیشه مجددا تا حدود 700 درجه سانتی‌گراد حرارت داده و بعد بطور ناگهانی و تحت شرایط خاص و کنترل شده‌ای سرد می‌شود. این عمل باعث افزایش مقاومت شیشه (حدود 3 الی 5 برابر) در مقابل ضربه و نیز شوکهای حرارتی می‌گردد. این شیشه‌ها در صورت شکستن ، به ذرات ریز و مکعب شکل تقسیم می‌شوند که آسیب رسان نیستند. از این نوع شیشه در ویترین فروشگاهها ، درهای شیشه‌ای و پنجره‌های جانبی اتومبیلها استفاده می‌گردد. 

شیشه نشکن

این نوع شیشه‌ها شامل دو یا چند لایه شیشه‌اند که بوسیله ورقه‌هایی از نایلون شفاف تحت حرارت و فشار به هم متصل می‌شوند. همچنین بعضی از انواع شیشه‌های طلق‌دار به عنوان عایق صوتی ، جاذب حرارت ، کاهنده شفافیت و شیشه ایمنی بکار برده می‌شوند. وقتی که این شیشه‌ها می‌شکنند، خاصیت کشسانی نایلون مانع از پخش و پراکندگی ذرات شیشه می‌گردد.

از جمله کاربردهای این نوع شیشه‌ها در خودروها و ویترین مغازه‌هایی که اشیاء گرانقیمت می‌فروشند استفاده می‌گردد. ممکن است شیشه نشکن را از جنس شیشه سکوریت بسازند. 

شیشه ضد گلوله

از چند لایه شیشه سکوریت و یا نشکن ، شیشه ضد گلوله می‌سازند. در هنگام وارد شدن گلوله به داخل شیشه ، از نیروی آن کاسته و در میان شیشه متوقف می‌گردد. 

شیشه انعکاسی (بازتابنده)

در این نوع شیشه‌ها ، یک سطح شیشه با یک پوشش منعکس کننده نور و حرارت از جنس فلز یا اکسید فلزی دارای این خاصیت پوشانده می‌شود. این نوع شیشه‌ها ، نور خورشید را منعکس می‌کنند و در کاهش حرارت و درخشندگی نور موثر هستند. اگر در روشنایی روز از بیرون به شیشه انعکاسی نگاه کنیم مشاهده می‌کینم که تصاویر اطراف را مانند آینه باز می‌تاباند و اگر از داخل به بیرون نگاه کنیم، شیشه کاملا شفاف خواهد بود. شبها پدیده مذکور برعکس است. یعنی شیشه از خارج شفاف و از داخل مانند آینه است.

این شیشه با منعکس نور خورشید ، حرارت ناشی از تابش نور خورشید را بطور قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌دهد و در نتیجه ، باعث صرفه جویی در هزینه‌های احداث ، راه اندازی و نگهداری سیستمهای تهویه و تبدیل می‌شود.

شیمی چوب

دید کلی

در یک برش عرضی از تنه درخت ، ساختار قابل رویت چوب به ترتیب از مرکز چوب به سمت بیرون عبارتند از: مغز چوب ، چوب یا زایلم ، لایه زاینده (کامبیوم) ،پوست. 

مغز چوب

مغز ، که در قسمت مرکزی و وسط ساقه یا شاخه قرار دارد، به صورت یک نوار سیاهرنگ قابل تشخیص است. مغز شامل بافتهایی است که در طی اولین سال رشد درخت تشکیل شده‌اند. 

چوب (زایلم)

قسمت چوب ، یک لایه ضخیم است که در کنار سلولهای زاینده به صورت حلقه‌های متحد المرکز (رویش‌های سالانه) آرایش می‌یابد. در درخت در حال رشد ، چوب عموما از سلولهای زنده تشکیل شده است. چوب محکم‌ترین و مقاوم‌ترین قسمت تنه برای کارهای ساختمانی است. در جهت برش‌های افقی ، شیره درخت از پوست درخت از میان نسوج شعاعی عبورمی‌کند و به چوب می‌رسد.

نقش نسوج شعاعی در مقاومت چوب بسیار مهم است. در واقع این نسوج مانند بست‌هایی هستند که الیاف چوب را به همدیگر محکم می‌کنند و نگاه می‌دارند و از خم شدن و از هم‌گسیختگی رشته می‌کاهند. به مرور زمان در اطراف مغز چوب ، بافتی از سلول‌های مرده تشکیل می‌گردد که چوب پیر نام دارد. این قسمت معمولا از چوب جوانی که آن را احاطه کرده است محکم‌تر می‌باشد و حاوی مقادیری رنگ و مواد قلیایی است.

در مقطع عرضی درختانی مثل گردو ، آلبالو و نارون ، چوب مرکزی یا چوب پیر دیده می‌شود. چوب جوان معمولا رنگ روشنی دارد، اما چوب پیر تیره‌تر می‌باشد. 

لایه زاینده (کامبیوم)

ناحیه کامبیومی ، لایه بسیار نازکی است که شامل سلولهای زنده می‌باشد و بین بافت چوبی اولیه و پوست داخلی (آبکش) قرار دارد. تقسیم سلولی و رشد شعاعی درخت در این ناحیه صورت می‌گیرد. تعداد سلولهایی که تولید می‌شوند و به بافت چوبی داخلی می‌پیوندند، بیشتر از تعداد سلولهایی است که به طرف آبکش (قسمت خارجی) می‌روند. یعنی سلولهای آوند آبکشی کمتر از سلولهای بافت چوبی تقسیم می‌شوند. به این دلیل ، بیشترین حجم درخت را چوب تشکیل می‌دهد تا پوست. 

رشد درخت

درخت از طریق تقسیم سلولی به دو صورت رشد می‌کند: رشد طولی و رشد عرضی (شعاعی). رشد طولی (اولیه) که در اولین فصل سال رخ می‌دهد، در انتهای ساقه‌ها ، شاخه‌ها و ریشه انجام می‌شود و نقاط رشد ، داخل جوانه‌ها که در پاییز سال قبل تشکیل شده‌اند قرار دارد. رشد عرضی (شعاعی) همانطور که ذکر شد در ناحیه لایه زاینده (کامبیوم) صوت می‌گیرد. 

پوست

پوست درخت در برابر ضربات و ضایعات مکانیکی از چوب محافظت می‌کند. این قسمت ، از دو لایه تشکیل شده است: لایه بیرونی (پوست خارجی) و لایه داخلی (آبکش). لایه نازک پوست داخلی (آبکش) ، انتقال شیره درخت به شاخه‌ها و ذخیره آنها را بر عهده دارد. 

تقسیم بندی چوب‌ها

درختان ، متعلق به تیره گیاهان بذرده هستند که به دو دسته بازدانگان و نهاندانگان تقسیم می‌شوند. سوزنی‌برگان (نرم چوب‌ها) به دسته اول و پهن برگان (سخت چوب‌ها) به دسته دوم تعلق دارند. 

سخت چوب‌ها

این دسته ، شامل چوب درختان پهن برگ می‌باشد. بافت چوب درختان پهن برگ تنها در زمانی که درخت برگ دارد، رشد می‌کند. رشد و نمو در بهار شروع می‌شود و به مرور در پاییز متوقف می‌شود. لذا حلقه سالیانه این درختان به صورت یکنواخت از چوب بهاره دارای رنگ روشن به طرف چوب پاییزه تیره رنگ تغییر می‌کند. نام سخت چوب‌ها ، بدلیل نوع بافت آنها است و دلیل بر سخت‌تر بودن کلیه چوب‌های این دسته نمی‌باشد.

برخی از درختان پهن برگ عبارتند از: گردو ، انجیر ، بلوط ، چنار ، راش ، تبریزی ، سپیدار و افرا. از جمله موارد استفاده از این نوع چوب‌ها ،‌ ساخت مبلمان ، در و پنجره و نازک کاری در ساختمان می‌باشد. 

نرم چوب‌ها

شامل چوب درختان سوزنی برگ است. بافت چوب درختان سوزنی برگ در طول سال ، زمان رشد بیشتری دارد این نوع درختان در بهار و تابستان با شدت بیشتری رشد می‌کنند و سپس تا پایان فصل سرما این رشد و نمو به کندی می‌گراید و به آرامی ادامه پیدا می‌کند. به این دلیل ، چوب پاییزه و بهاره در حلقه سالیانه براحتی از یکدیگر تمیز داده می‌شود و رنگ آنها این مساله را مشخص می‌کند.

در فصل بهار ، بدلیل وجود آب فراوان و خاک سرشار از مواد غذایی موجب می‌شود که سلولهای پهن با دیواره نازک تشکیل شوند و بافتی متخلخل و نسبتا کمرنگ بوجود آورند. اما با کاهش سرعت رشد در اواخر تابستان ، چوب پاییزه شکل می‌گردد که متشکل از الیاف دیواره ضخیم است و به ساقه مقاومت و استحکام مکانیکی می‌دهد و فشرده‌تر ، تیره‌تر و مقاومتر از چوب بهاره می‌باشد. 

ریز ساختار چوب

ترکیبات تشکیل دهنده سلول چوب عبارتند از: کربوهیدراتها ، لیگنین ، مواد استخراجی ، ترکیبات معدنی. 

کوبوهیدراتها

کربوهیدراتهای موجود در چوب ، عمدتا از سلولز و همی‌سلولزها تشکیل شده است. 

سلولز

سلولز ، جزء اصلی چوب است. در اغلب گونه‌ها در حدود 40 تا 45% چوب خشک ، سلولز است. سلولز یک هوموپلی ساکارید تشکیل شده از واحدهای گلوکزاست. مولکولهای سلولز ، کاملا خطی هستند و تمایل شدید به تشکیل پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی دارند. در نتیجه ، دسته‌هایی از مولکولهای سلولز با یکدیگر مجتمع می‌شوند و زیرلیفچه ها را تشکیل می‌دهند. از تجمع زیرلیفچه‌ها و از تجمع لیفچه‌ها ، لیف سلولزی تشکیل می‌شود.

بر اثر همین ساختار لیفی و پیوندهای هیدروژنی محکم ، سلولز از مقاومت کششی بالایی برخوردار است و در اغلب حلال‌ها ، نامحول می‌باشد.

• همی‌سلولزها: همی‌سلولزها ، هتروساکاریدهایی هستند که معمولا بین 20 تا 30% نسبت وزنی چوب خشک را تشکیل می‌دهند و همچون سلولز به عنوان ماده ساختمانی در دیواره سلول عمل می‌کنند. در اثر اسید ، بسادگی به اجزای تکپاری خود آبکافت می‌شوند. همی‌سلولزهای سوزنی برگان عبارتند از: گالاکتوگلوکامانان ، آرابینوگلوکورونوزایلان ، آرابینوگالاکتان ، نشاسته و مواد پکتیکی.
  
  همی‌سلولزهای پهن برگان عبارتند از: گلوکورونوزایلان ، گلوکومانان ، نشاسته و مواد پکتیکی.

لیگنین‌ها

لیگنین ، بسپاری متشکل از واحدهای فنیل پروپان است و با اتصال‌هایی از نوع اتصال‌های استری یا اتری گلیکوزیدی با کربوهیدراتها ، پیوند برقرار می‌کنند. پس از خارج ساختن پلی ساکاریدها به وسیله آبکافت از چوب عاری از مواد استخراجی و عصاره ای ، لیگنین به صورت توده نامحلولی باقی می‌ماند. همچنین می‌توان لیگنین را آبکافت کرد و از چوب خارج نمود یا آن را به به مشتقات محلول تبدیل کرد. 

مواد استخراجی

تعداد زیادی از اجزای شیمیایی موجود در چوب که در کل بخش کوچکی را تشکیل می‌دهند، در حلال‌های آلی خنثی یا در آب انحلال پذیرند. این اجزا را مواد استخراجی می‌گویند. در ترشحات بیرون زده از درخت که بر اثر آسیب‌های مکانیکی یا حمله حشرات و قارچها تراوش می‌کنند نیز ترکیب‌های مشابهی مشاهده می‌شود. مواد استخراجی را به دو دسته چربی دوست و آب دوست تقسیم می‌کنند و غالبا اصطلاح "رزین" را برای مجموعه عصاره های چربی دوست (به استثنای فنل‌ها) قابل حل در حلالهای غیر قطبی و غیر قابل حل در آب بکار می‌برند.

ترکیب‌های عصاره‌ای ، مواد اولیه خام ارزشمندی در ساخت مواد شیمیایی بشمار می‌آیند و در فرایندهای تولید خمیر و کاغذ هم تاثیرگذار می‌باشند. برای ادامه اعمال بیولوژیک درخت ، انواع مواد عصاره‌ای مورد نیاز است. به عنوان مثال ، چربی‌ها منبع انرژی سلولهای چوب هستند در حالی که ترپنوئیدها ، اسیدهای رزینی و مواد فنلی ، چوب را در برابر آسیب‌های بیولوژیکی یا حمله حشرات محافظت می‌کنند.

اندکی یون های فلزی ، معمولا بخش عاملی آنزیم‌ها را که در بیوسنتز به عنوان کاتالیزور عمل می‌کنند، تشکیل می‌دهند. مواد استخراجی چوب عبارتند از:

• ترپنوییدها و استروییدها: که در کانالهای رزینی یافت می‌شوند.

• چربی‌ها و موم‌ها: در سلولهای پارانشیم پره چوبی یافت می‌شوند.

• عصاره‌های فنلی: عمدتا در چوب درون و در پوست متمرکزند.

• ترکیب‌های معدنی چوب: چوب دارای اندکی ترکیب‌های معدنی است که به صورت خاکستر اندازه گیری می‌شود و به ندرت از 1% نسبت به وزن چوب خشک تجاوز می‌کند. خاکستر ، معمولا شامل نمک‌هایی از قبیل کربنات‌ها ، سیلیکات‌ها ، اگزالات‌ها و فسفات‌هاست. فراوانترین یون‌های فلزی در خاکستر عبارتند از: کلسیم ، پتاسیم و منیزیم. مقدار یون‌های فلزات آهن و منگنز در حدود 110ppm است و مقدار یون‌های سایر فلزات حتی کمتر از 10ppm است.

تبدیل شیمیایی چوب

مواد شیمیایی حاصل از چوب را بسته به منشاء آنها و فنون جداسازی و فراورش آنها می‌توان به چند گروه تقسیم کرد. 

فراورده های حاصل از استخراج

بیشتر مواد غیر ساختاری (غیر پلیمری) چوب را با استفاده از استخراج به کمک حلال‌های مناسب یا تیغ زدن و جمع آوری رزین می‌توان بدست آورد. مواد استخراجی را می‌توان مستقیما بکار برد یا پس از جداسازی و تبدیل شیمیایی به انواع فراورده‌های با ارزش افزوده مطلوب تبدیل کرد. از فراورده‌های مواد استخراجی ، موارد زیر را می‌توان نام برد: 

• اولئورزین:فراورده های اصلی اولئورزین شامل تربانتین (متشکل از ترپنوییدها) و روزین (مخلوطی از اسیدهای رزینی) است. تربانتین عمدتا به عنوان حلال برای ساخت انواع جلا و رنگ برای ساخت مواد شیمیایی و تولید رزین‌های پلی‌ترپن کاربرد دارد که این رزین‌ها در تولید چسب‌های حساس به فشار و چسب حرارتی و موارد مشابه به مصرف می‌شود. از کاربردهای دوزین عبارتند از: در صنعت آهاردهی ، امولسیون کننده های بسپارش ، انواع چسب‌ها و افزودنی‌ها به مرکب چاپ.

• موم‌ها و استروییدها:موم‌ها عمدتا مخلوطی از استرهای الکل‌های آلیفاتیک و اسیدهای چرب هستند و به منظورهای مختلف از قبیل چسباننده یا جایگزین واکس کربنبکار می‌رود.

• ترکیبهای فنلی:مهمترین ترکیبهای فنلی ، فلاونوییدها و تانن‌های متراکم (کندانسه) می‌باشند و کاربردهای فراوانی در صنایع تغذیه و دباغی چرم و چسب‌سازی دارند.

• لاستیک طبیعی ، گوتاپرشار بالاتا: که همگی بسپارهایی از واحدهای ایزوپرنی هستند.

فراورده های هیدرولیز (آبکافت)

پلی ساکاریدهای چوب را با هیدرولیزی اسیدی یا هیدرولیز آنزیمی و یا با روش تخمیر به مونوساکاریدها آبکافت می‌کنند که این مونوساکاریدها (قندها) به انواعترکیبات شیمیایی قابل تبدیل هستند.

• تبدیل حرارتی:تبدیل گرمایی چوب در دماهای بالا به دو روش پیرولیز (تقطیر چوب) و گازسازی صورت می‌گیرد. در فرایند پیرولیز ، مهم‌ترین فراورده ، زغال است. اما مقداریگاز و قطران نیز تشکیل می‌شود. از تقطیر حاصل از پیرولیز ، آلدهیدها ، کتون‌ها ، اسیدها و استرها ، انواع فنول‌ها از جمله کروزول و نیز مواد تیره‌مانند بدست می‌آیند و گازهای حاصل از تقطیر معمولا شامل دی‌اکسید کربن ، مونوکسید کربن ، هیدروژن ، متان و سایر هیدروکربن‌ها می‌باشد.
  
  در روش گاز سازی ، تبدیل چوب به گاز در اثر تجزیه حرارتی آن بوسیله سوزاندن نسبی انجام می‌گیرد و گاز حاصل ، محتوی هیدروژن ، کربن مونوکسید ، کربن دی‌اکسید ، متان و آب است. این گاز را می توان مستقیما به عنوان سوخت مصرف کرد یا آن را به انواع فراورده های شیمیایی بویژه متانول و آمونیاک تبدیل نمود.

خواص فیزیکی چوب

• قابلیت هدایت حرارتی چوب کم است و به این دلیل ، برای ساختن عایق‌های حرارتی مناسب است.

• گرمای ویژه چوب خیلی زیاد است و به همین دلیل ، در برابر خورشید و تابش آن برخلاف فلزات سطحش سوزاننده نیست و در محیطهای بسیار سرد یخ نمی‌زند.

• چوب ، به علت قابلیت ارتجاعی قادر به تقویت اصوات می‌باشد و انتشار صوت در چوب در جهات مختلف متفاوت است.

• چوب‌های سبک ، اصوات را بهتر جذب می‌کنند و هر چه سطح چوب نامنظم‌تر و مرطوب‌تر باشد، خاصیت عایق بودن آن در برابر صدا بیشتر است.

• میزان هدایت الکتریکی چوب وابسته به درصد رطوبت چوب می‌باشد و بطور کلی ، چوب‌های خشک ، عایق جریان برق هستند.

کاربردهای چوب

در سطح جهانی ، چوب یک ماده خام فراوان و تجدید شونده است که برای تولید انرژی و مواد شیمیایی بکار می‌رود. چوب همواره نقش مهمی را در تولید انواع وسایل به عهده داشته است که به مرور زمان ، اکثر آنها با مواد پتروشیمیایی جایگزین شده است. با وجود اهمیتی که مواد پتروشیمیایی دارند، نباید فراموش کرد که منابع نفتی و فسیلی پایان پذیرند و قیمت آنها رو به افزایش است.

به علاوه ، نگرانی‌های زیست محیطی سبب شده است که به چوب و تبدیل شیمیایی آن به انواع سوخت و مواد شیمیایی ، توجه بیشتری بشود. در صنایع و موارد گسترده و گوناگونی کاربرد دارد، مانند: کشتی سازی ، هواپیما سازی ، صنعت حمل و نقل و بسته بندی ، کاغذ سازی ، ابریشم و چرم مصنوعی ، پارچه بافی ، فیلم سازی ، ساخت ابزار موسیقی و... .

چوب به عنوان یکی از مصالح ساختمانی در کلیه امور قابل استفاده مباشد و به علت برخورداری از تاب مناسب فشاری و کششی ، از آن علاوه بر مصارف روزمره ، برای ساختن پل‌ها و اعضای طاق‌های پوسته ای نیز استفاده می‌شود. چوب در تزئینات داخلی و خارجی ، به عنوان یکی از بهترین و زیباترین مصالح طبیعی به طراحان کمک شایانی می‌کند. 

شیمی محیط زیست

دید کلی

شیمی در محیط زیست ما نقش اساسی دارد. در واقع در بین مردم متداول است که بیشتر مسائل آلودگی جاری را به گردن مواد شیمیایی سنتزی و پدید آورندگان آنها بیاندازند. اما این نکته ناگفته می‌ماند که بیشتر مسائل زیست محیطی ، قرنها و دهه‌های گذشته ، مانند آلودگی میکروبی آب آشامیدنی ، تنها زمانی برطرف شدند که روشهای علمی بطور کلی و شیمی بطور اخص در مورد آنها بکار گرفته شد. افزایش شگفت‌ انگیز عمر انسان و بهبود کیفیت زندگی در دهه‌های اخیر به مقدار زیاد به علت پیشرفت شیمی و پدید آمدن مواد شیمیایی جدید بوده است.

محصولات فرعی اجسامی که برای بهتر شدن سلامتی و بالا رفتن استاندارد زندگی ما بکار گرفته شده‌اند، در مواردی بوسیله تنزل دادن سلامتی ما و همچنین سلامتی گیاهان و حیوانات ، همچون شبهی ما را دنبال می‌کنند. بطور خلاصه ، غلبه ما بر آلودگی گسترده زیست شناختی و بالا بردن استانداردهای سلامتی و ثروت مادی در کشورهای توسعه یافته به قیمت آلودگی شیمیایی گسترده کره زمین در سطح کم تمام شده است. 

مواد شیمیایی و نظرات دانشمندان

تا به حال در بین دانشمندان در این باره که آیا آلودگی بوسیله مواد شیمیایی در سطح کم بر روی سلامتی انسانها یا سایر موجودات زنده اثر مضر و نامطلوب دارد، اتفاق نظر نیست. بعضی از دانشمندان ، خطر هر گونه اثرهای زیان آوری را به علت تاثیر مواد شیمیایی سنتزی (بویژه موادی که در ایجاد سرطان دخالت دارند) بطور کامل رد می‌کنند. این مواد به غلظتهای خیلی بیشتر اجسام سمی طبیعی مانند آفت کشهایی که بوسیله گیاهان تولید می‌شود و ما در معرض آنها قرار داریم، اشاره می‌کنند. در انتهای دیگر این طیف ، دانشمندانی هستند که معتقدند مواد شیمیایی در محیط زیست نقش عمده‌ای در شروع انواع معینی از سرطانها و نواقص در انسانها و حیات وحش دارند. 

مواد شیمیایی سمی و نوزادان

نگرانی جامعه ، با توجه به وجود مواد شیمیایی در محیط زیست معمولا مربوط به قابلیت آنها در ایجاد سرطان است. اما پژوهشگران کار خود را صرفا روی اثرهای سرطانزایی احتمالی متمرکز نمی‌کنند. دانشمندان به این موضوع پی برده‌اند که در مسائل مربوط به تولید مثل ، از جمله مسائلی که به نقص جنین می‌انجامد، در حیوانات آزمایشگاهی که در معرض غلظتهای زیاد مواد شیمیایی زیست محیطی قرار می‌گیرند به همان اندازه مشخص کننده است.

اخیرا برای پی بردن به اینکه آیا افرادی که مدتهای طولانی در معرض همان نوع مواد شیمیایی بوده‌اند، البته در سطوح کمتر ، نیز با خطر مشکلات تولید مثلی روبه رو هستند یا نه ، کارهای پژوهشی انجام شده است. برای آشکار ساختن اثرهای نسبتا ظریفی که احتمال می‌رود در انسانها رخ بدهد، لازم است جمعیتی پیدا کنیم و مورد بررسی قرار دهیم موقعیت جغرافیایی ، نوع کار ، یا رژیم غذایی آنها ممکن است این افراد را در معرض بیش از مقادیر میانگین از مواد شیمیایی مورد نظر قرار داده باشد. 

راههای جلوگیری از آلودگی

این نکته روشن است که احتمالا سلامتی و رفاه انسانها از راههای ظریف اما موثری بوسیله غلظتهای کم از مواد شیمیایی در محیط زیست ما تحت تاثیر قرار می‌گیرد. از نظر تاریخی بطور ضمنی یا به طور صریح اینطور فرض شده بود که مواد شیمیایی منتشر شده در محیط زیست بوسیله طبیعت تحلیل خواهند رفت. اما امروزه می‌دانیم که چنین نیست. بسیاری از مواد پلیمری که امروزه در جامعه و صنعت تولید می‌شوند قرنها قابل تجزیه و بازگشت به چرخه طبیعی نیستند.

راهبرد اولیه این بود اغلب بوسیله جمع آوری و دور ریختن توده‌های زیادی از این مواد ، پیش از اینکه در محیط زیست پخش شوند، از رها شدن آنها جلوگیری شود. پس از جمع آوری ، آنها را به صورت اجسام جامد درمی‌آورند و در زمینهای بایر می‌ریزند. یک اشکال این قبیل راهبردها این است که آلاینده‌ها معمولا در این فرآیند منهدم نمی‌شوند بلکه صرفا به صورت مطلوب‌تری درمی‌آیند یا اینکه در محیط متفاوتی رسوب داده می‌شوند. راهبرد شیمی سبز که اکنون جای راه حل بالا را می‌گیرد، تجدید نظر در فرمول ‌بندی راههایی است که در سنتز مواد شیمیایی در درجه اول محصولات فرعی سمی تولید نشوند. 

قلمروهای شیمی زیست

موضوع شیمی محیط زیست هم شامل اجسام و فرآیندهای طبیعی است که در یک محیط زیست پاکیزه حائز اهمیتند و هم اینکه مسائل آلودگی قابل ملاحظه‌ای را که مبنای شیمیایی دارند، دربرمی‌گیرد. اگر چه طبیعت اکثرا موضوعهای مورد بحث به گونه‌ای است که بیش از یک محیط فیزیکی یا یک ترکیب را دربرمی‌گیرند، اما مطالب مورد بحث شیمی محیط زیست به اینگونه طبقه بندی کلی می‌شوند:

• شیمی اتمسفر

• مواد شیمیایی آلی سمی

• شیمی آب ، از جمله فلزات سنگین و نقش خاکها و رسوبها

• منابع سوخت و انرژی ، از جمله انرژی هسته‌ای

مسائل محیط زیستی بطور کلی ناشی از افزایش جمعیت دنیاست افزون بر این بسیاری از مسائل زیست محیطی وجود دارند که مورد بحث شیمی محیط زیست نیستند، زیرا این مسائل عمدتا منشا شیمیایی ندارند. 

پلاستیک

تاریخچه

اولین قدم در مورد صنعت پلاستیک ، توسط فردی به نام وایسا هیکات انجام گرفت که تلاش می‌کرد ماده‌ای بجای عاج فیل تهیه کند. چون عاج فیل بعنوان ماده‌ای سخت ، گرانقیمت و همینطور کمیاب کاربردهای فراوانی داشت. وی توانست نیترات سلولز را (که به غلط نیتروسلولز گفته می‌شود) از سلولز تهیه کند. پس نیترات سلولز اولین پلاستیک با منشا طبیعی است. 

ویژگیهای مواد پلاستیکی

یک ویژگی مهم مواد پلاستیکی در صنعت ، فرآیند پذیر بودن یا Processible بودن آن است. اگر ماده‌ای قابل ذوب یا قابل حل باشد، در صنعت قابل استفاده است و گرنه نمی‌توان از آن استفاده صنعتی کرد. چون نمی‌توانیم آن را برای تهیه مواد بکار ببریم. 

ویژگی سلولز و نیترات سلولز

سلولز نه قابل حل و نه قابل ذوب است و قبل از ذوب تجزیه می‌شود. پس فرآیند پذیر نیست. اما نیترات سلولز هم قابل حل و هم قابل ذوب است. یعنی وایسا هیکات ، سلولز فرآیند ناپذیر را به نیترات سلولز فرآیند پذیر تبدیل کرد. 

ویژگی استات سلولز

نیترات سلولز ایراداتی دارد. از این رو تلاش برای جایگزین کردن یک پلاستیک دیگر به جای آن آغاز شد. در سال 1908 مایلزاستات را تهیه کرد که هم مزیت نیتروسلولز را دارد و هم کارکردن با آن آسانتر است و خطرات کمتری دارد. 

اولین پلاستیک سنتزی

اولین پلاستیک سنتزی ، رزین فنل- فرمالدئید بود که در تلاش برای ساخت مواد پلیمری کاملا سنتزی ، در سال 1907 لئو بلکند موفق شد از متراکم کردن فنل با فرمالدئید ، رزین فنل فرمالدئید را که بعدها تحت عنوان بالکیت (بعنوان محصول نهایی) نامیده شد، تولید کند. این رزین هم در محیطهای اسیدی و هم قلیایی قابل تهیه است. 

محیط اسیدی نوالاک بالکیت محیط بازی رزول رزیتول رزیت

فنوپلاستها

از متراکم شدن فنل با فرمالدئید در محیط اسیدی یا بازی فنوپلاست یا رزین فنل-فرمالدئید حاصل می‌شود. ماکزیمم PH که در صنعت با آن کار می‌شود 8/5 است و برای ایجاد این PH البته در محیط بازی به محیط ، NH₃ یا NaOH اضافه می‌شود. برای این که چسب نجاری حاصل شود، در انتهای مولکول ، باید گروه OH باشد. هر چه گروههای OH بیشتر باشد چسبندگی بیشتر خواهد بود. پس برای تولید چسب بهتر ، باید فرمالدئید اضافی برداریم. بهترین چسب آن است که گروه فرمالدئید آزاد داشته باشد. 

آمینوپلاستها

این پلاستیک‌ها از متراکم شدن اوره یا ملامین با فرمالدئید در محیط اسیدی یا بازی بدست می‌آیند. دمای این واکنش باید بین 60 تا 80 درجه سانتیگراد باشد. چسب فنل فرمالدئید بعلت بدبویی در بازار نیست. ولی این چسب ، در بازار موجود است. ملامین یا 8 ، 4 ، 6 _ تری آمینو _ 1 ، 3 ، 5 _ تری آزید با فرمالدئید می‌تواند در محیط اسیدی یا بازی ، واکنش چند تراکمی انجام دهد و برحسب شرایط تنظیم واکنش ، پلیمر یک بعدی ایجاد کند.

وقتی که شرایط را با تنظیم PH در محیط اسیدی و دمای زیاد تغییر دهیم، پلیمر یک بعدی به سه بعدی تبدیل می‌شود و همراه با 20 درصد کائولن تبدیل به فرمیکال می‌شود که ماده استخوانی روی میزهای کابینت‌هاست که در خلا تحت فشار بالا پرس می‌شود. حال اگر 40 - 30 درصد کربنات کلسیم اضافه کنیم، تبدیل به زیر سیگاری و مواد دیر اشتعال پذیر می‌شود که قیمت آن ، فوق‌العاده افت می‌کند. اما قدرت مکانیکی آن بالا می‌رود.

کلید و پریز برق بدون استثنا از این ماده می‌باشد. 

ترموپلاستها

پلیمرهایی هستند که در اثر فشار ، تغییر شکل می‌دهند و بعد از حذف نیروی خارجی ، این تغییر شکل همچنان ادامه می‌یابد و باقی می‌ماند. به عبارت دیگر ، خاصیت پلاستیسیتی دارند. این پلیمرها در اثر گرما بتدریج نرم می‌شوند و با افزایش دما به حالت فیزیکی جامد خود تبدیل می‌شوند. این خصلت ، کاربرد این پلیمرها را تضمین می‌کند یا بوجود می‌آورد. اگر ترموپلاستیکی را بصورت پودر یا حلقه‌های کوچک حرارت دهیم، ابتدا نرم و سپس مذاب و وسیکوز می‌شود و اگر آنها را قالب بگیریم، شکل قالب را به خود می‌گیرد. 

شیمی مواد پاک کننده

نگاه کلی

منظور از پاک کننده‌ها (detergehts) ، موادی هستند که ذره‌های چربی و چرک را از پارچه‌ها و یا اجسام دیگر بزدایند و در انواع مختلف تهیه می‌شوند. اولین ماده ای که به عنوان شوینده ساخته شد،صابون بود. از عمر صابون صدها سال می‌گذرد. آخرین دستگاههای صابون کشف شده ، مربوط به 2000 سال پیش است، 700 سال است که صابون‌سازی بطور صنعتی و به مقادیر زیاد ساخته می‌شود و 200 سال است که ساخت آن ، متحول گشته و به صورت کلاسیک و مدرن در آمده است.

از آن زمان تا کنون ، تعداد شوینده‌ها به حدی رسیده که قابل شمارش نیست، بطوری که امروزه در حجم انبوهی از شوینده‌ها ، به همراه تبلیغات آنها مواجه شده‌ایم. در حال حاضر در برخی کشورها ، تقریبا بیش از 80 درصد از مواد پاک کننده مصرفی از شوینده‌های سنتزی تهیه می‌شوند. لکن در مصارف عمومی واژه صابون ، مشخص کننده یک نمک فلز قلیایی یا آمونیوم یک اسید کربوکسیلیک راست زنجیر با تعداد 10-18 اتم کربن است و نام مواد شوینده به مواد صناعی با ساختمان مشابه اطلاق می‌شود. از این مواد ، در مصارف عدیده ای از جمله برای پاک کردن ، شستشو و در فرایندهای نساجی و غیره استفاده می‌گردد.

از طرف دیگر ، صابون‌های فلزی ، کربوکسیلاتهای قلیایی خاکی یا فلزات سنگین با زنجیره طویل هستند. این صابون‌ها در آب نامحلول بوده و در سیستمهای غیر آلی ، به عنوان مثال مواد افزودنی به روغنهای روان کننده ، جلوگیری کننده از زنگ زدگی ، ضد آب کردن مواد و سوختهای ژلاتین‌دار (مواد سوختنی مانند بنزین که با مواد غلیظ کننده ممزوج شده‌اند و از آنها در بمب‌های ناپالم و شعله افکن‌ها استفاده می‌شود) ، قارچ‌کشها دارای کاربرد می‌باشد.

خصوصیت قابل توجه این است که عدم توازن پلاریته (قطبیت) در داخل مولکول صابون‌ها و مواد شوینده و پاک کننده ، موجب ابراز قابلیت انحلال و ماهیت فاز غیر معمول در حلالهای قطبی و غیر قطبی می‌شود. این رفتار ، دقیقا باعث سودمندی چنین ترکیباتی در زمینه‌های خیس شوندگی ، قابلیت انحلال ، شویندگی (در مورد شستشو و خشک شویی بصورت ترامان) ، رنگرزی و بسیاری از سایر فراورده‌های صنعتی و خانگی است.

ترکیب اساسی ساختمان مولکولی پاک کننده‌ها موجب بوجود آمدن چنین صفاتی می‌گردد. 

انواع مواد پاک کننده

صابون (Soap)

صابون‌ها را می‌توان از هیدرولیز قلیایی چربیها و روغن‌های طبیعی (استر اسیدهای چرب باگلیسرول) مانند پیه ، روغن‌های نارگیل ، زیتون ، نخل و تالو تهیه کرد که این واکنش به نام فرایند صابونی شدن (Saponification) موسوم است:

C₃H₅(OOCR)₃ + 3NaOH → 3NaOOCR+C₃H₅(OH)₃

باید توجه داشت که در روشهای جدید ، از هیدرولیز مستقیم چربی‌ها بوسیله آب در دمای زیاد استفاده می شود. این موضوع ، تصفیه و ایزولاسیون اسیدهای چرب را که به صابون‌ها خنثی می‌شوند، ممکن ساخته، اساس یک فرایند پیوسته را بوجود می‌آورد. از نقطه نظر شیمیایی ، صابون‌ها ، نمکهای فلزی اسیدهای چرب (اسیدهای کربوکسیلیک) راست‌زنجیر با حدود 10-18 اتم کربن می‌باشند.

با اینکه همه نمکهای فلزی اسیدهای چرب ، صابون هستند، اما تنها نمکهای قلیایی مانند (سدیم و پتاسیم) در آب حل می‌شوند و خاصیت پاک‌کنندگی دارند. نمکهای فلزهای قلیایی خاکی(مانند کلسیم و منیزیم و..) در آب حل نمی‌شوند. از این رو صابون‌های معمولی در آب سخت در مجاورت یون‌های کلسیم و منیزیم رسوب می‌کنند. به این ترتیب صابون خوب کف نمی کند و خاصیت پاک کنندگی خود را از دست می‌دهد.

نمکهای آلومینیوم اسیدها نیز در آب نامحلول و در روغن‌ها محلول هستند و از این ماده ، در چربی‌های نرم کننده ، رنگ ، روغن جلا و ضد آب کردن مواد استفاده می‌شود. نمک اسیدهای فلزات سنگین مانند کبالت یا مس نیز بعنوان ماده خشک کننده در رنگهای ساختمانی و جوهر ، قارچ کش ها و مواد ضد آب استفاده می‌شود.

کیفیت و مرغوبیت صابون ، به نوع چربی روغن بکار رفته بستگی دارد. لذا از خالصترین و بی‌بو ترین آنها استفاده می‌گردد. علاوه بر چربی و قلیا مواد افزودنی دیگری هم در فرمولاسیون صابون وارد می‌شوند. این مواد عبارتند از:مواد جلوگیری کننده از اکسیداسیون مثل تری اتانول آمین اولئات ، مواد جلوگیری کننده از فساد صابون مانند دی سیانو دی آمیدو سدیم سولفانیلات ، روغن‌های معطره برای ایجاد بوی خوب صابون و غیره. 

پاک کننده های سنتزی (Synthetic detergents)

مواد شوینده سنتزی که امروزه بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند، مانند صابون ، از یک زنجیر هیدروکربن متصل به نمک یک اسید محلول در آب تشکیل شده است. البته در تهیه این پاک کننده‌ها باید توجه داشت که طول زنجیر و نوع هیدروکربن مورد استفاده بطور مناسب انتخاب گردد. از گروههای قطبی مشتق شده از اسید سولفوریک در حد بسیار عمومی برای جایگزینی کربوکسیلات استفاده می‌گردد.

بعنوان مثال می‌توان به آلکیل سولفاتها (ROSO₃Na) ، آلکان سولفوناتها (RSO₃Na) و آلکیل آریل سولفوناتها (R-C₆H₄-SO₃Na) اشاره کرد و از مهمترین این مواد می‌توان سدیم لوریل (دودسیل) سولفات (C12H25-OSNa) و سدیم دودسیل بنزن سولفونات (C₁₂H₂₅-C₆H₄-SO₃-Na) را که دارای قدرت پاک کنندگی بالایی هستند، نام برد. استرها و آمید اسیدهای چرب نیز که از تورین (H2NCH2CH2SO3H) و اسیدایزاتیونیک (HOCH₂CH₂SO₃H) تهیه می‌شوند، از جمله اولین ترکیبات سنتزی تلقی می‌شوند. مضافا ، آلکان فسفوناتها معرف نوع دیگری از مواد صناعی آنیونی می‌باشد.

از طرف دیگر احتمال دارد که تغییر و اصلاح گروههای قطبی بوسیله تغییر در علامت بار الکتریکی یون فعال در سطح مسیر شود. یک مثال بسیار معروف از مواد شوینده کاتیونی (invert soaps) ، ملح آمونیوم نوع چهارم این طبقه بفرمول C₁₆H₃₃N(CH₃)Br است. در طبقه دیگر یعنی مواد شوینده غیر معدنی ، گروه قطبی عبارت از گروه آب دوست غیر مجتمع شده می‌باشد که معمولا حاوی چند گانگی وظایف اکسیژن (اتر و الکل) است که در پیوند هیدروژنی با آب برگزیده شده است. مثالی در این مورد ، استر تهیه شده از یک اسید چرب و قند است.

از انواع عمومی دیگر ، می‌توان به پلیمریزاسیون تعدادی از واحدهای اکسید اتیلن با یک الکل اشاره کرد که دارای فرمول عمومی R-O-(CH₂CH₂O)₂Hمی‌باشد. همچنین اکسیدهای آمین مانند R-N(CHsub>3)₂→O و اکسیدهای فسفین منسوب آنها نیز تهیه شده‌اند. مهمترین شوینده های سنتزی عبارتند از: 

صابون مایع

صابون مایع ، در واقع از نظر مواد تشکیل دهنده ، جزو صابون‌ها محسوب نمی‌شود و از پاک کننده‌ های سنتزی می‌باشد. البته اگر در ساختمان معمولی از روغن نارگیل زیاد و یا روغن هایی مثل روغن بزرک استفاده شود، می‌توان صابون را به صورت مایع در آورد. صابون‌های مایع ، علاوه بر ماده اولیه و اصلی خود ، دارای مواد دیگری مثل نرم کننده ، پاک کننده و کف کننده ، ضد باکتری و چرب کننده هستند. 

شامپوها

شامپوها نیز از پاک کننده های سنتزی هستند. ماده اصلی تشکیل دهنده شامپوها عبارتند از: عامل پاک کننده که خود شامل سه دسته مواد فعال سطحی آنیونی (مثل سدیم لوریل اتر سولفات و تری اتانول آمین سولفات ،آمفوتری (مثل بتائین کوکوآمیدوپروپیل) و غیر یونی هستند. عامل تقویت کننده کف (مثل بتائین) ، عامل حالت دهنده مو و عامل نگهدارنده (مواد ضدعفونی کننده و میکروب کش) ، عامل صدفی کننده مثل اتیلن گلیکول و عامل غلیظ کننده مثل نمک طعام و عامل رنگ و بو مثل عصاره گیاهان. 

پودرهای لباسشویی

پودرها ماشین لباسشویی نسبت به پودرهای رختشویی چند ماده اضافه دارند که بر قدرت پاک کنندگی آنها می‌افزاید. یکی از این مواد ، پر بورات است که از سفید کننده ها و رنگ برهاست. اجزای اصلی پوردهای لباسشویی شامل موارد زیر هستند: 
ماده اصلی و فعال (مواد غیریونی و آنیونی) که عامل پاک کنندگی و جدا کردن چرک از لباس است، عامل قلیایی کننده (مثل سیلیکات ها) که از خوردگی بدنه لباسشویی جلوگیری می کند، عامل سفیدکننده و رنگ سرکه معمولا پربورات سدیم است، عامل کنترل کننده کف و پاک کننده کمکی ، عامل کاهش سختی آب که به پاک کنندگی هم کمک می‌کند (مثل فسفات ها) ، عامل جلوگیری از رسوب مجدد چرک مثل CMC از شستن دوباره چرک روی لباس جلوگیری می‌کند، اپتیکال براتیز که باعث درخشندگی پارچه می‌شود، مواد میکروب کش و ضدعفونی کننده. 

سفید کننده ها و رنگ برها

بسیاری از لکه برها موادی هستند که از آنها به عنوان سفید کننده ، ضدعفونی کننده و پاک کننده استفاده می‌شود. رایج ترین ماده ای که از آن به عنوان سفید کننده استفاده می‌شود، آب ژاول است که خاصیت ضدعفونی کننده نیز دارد، زیرا یک سفید کننده کلردار است و از سفید کننده های دیگر ، پربورات سدیم است که از آن ، بیشتر در خشک شویی‌ها و نیز در ترکیب پودرهای ماشین لباسشویی استفاده می‌شود. قدرت سفیدکنندگی پربورات از آب ژاول کمتر است.

آب اکسیژنه یا پراکسید هیدروژن هم یک ماده رنگ بر و سفید کننده است. علاوه بر مواد ذکر شده ، موادی مثل الکل ، آمونیاک ، استن ، اسید نیتریک ، اسید اگزالیک ، تربانیتن ، جوش شیرین ، کربنات سدیم ، تتراکلریدکربن و غیره نیز خاصیت رنگ بری و پاک کنندگی دارند. 

قیاس صابون و پاک کننده های سنتزی

صابون‌ها در هنگام واکنش با ناخالصیهای یونهای فلزی موجود در آبهای طبیعی ، بویژه کلسیم و منیزیم ، منجر به تشکیل نمکهای نامحلول در آب می‌شوند و به صورت رسوب از آب جدا می‌شوند. اما نمکهای فلزات قلیایی خاکی و املاح فلزات سنگین مواد شوینده سنتزی در آب محلول هستند. لذا این شوینده ها در آب سخت نیز پاک کنندگی خوبی دارند و رسوب جدید تشکیل نمی‌دهند.

صابونهای کربوکسیلات در PH پایین ، هیدرولیز شده و به صورت صابون اسیدی نامحلول راسب می‌شوند، ولی شوینده های سنتزی ، پایداری زیادی در برابر اسیدیته از خود نشان می‌دهند. زیرا پاک کننده های صابونی ، نمکهایی هستند که آنیون تشکیل دهنده آنها ، به اسیدهای ضعیف تعلق دارند و در محیط اسیدی به راحتی هیدرولیز می‌شوند.

از دیگر تفاوتهای شوینده های سنتزی با صابونها ، تغییر و اصلاح در ساختار این مواد نسبت به مولکول صابون است که باعث ایجاد بهترین حالت تعادلی آب دوستی ف چربی دوستی و خصوصیات انحلال پذیری ، اثر میکروب کشی و ایجاد نرمی در منسوجات و غیره می‌شود.


پاک کننده های سنتزی به تنهایی از نظر قدرت پاک کنندگی با صابونها معادل نیستند، اما دو افزاینده مهم ، قابلیت تخمیر کنندگی آنها را به نحو قابل ملاحظه ای افزایش می‌دهد. سدیم تری پلی فسفات که به عنوان یک سازنده بکار می‌رود، قابلیت شکستن و تعلیق برخی از خاکهای رسی ، رنگها و سایر مواد جامد بسیار ریز محلول در آب را داراست. بعلاوه این جسم با تعداد زیادی از یونهای فلزی ، کی‌لیت تشکیل می‌دهد.اک کننده های خانگی ، همچنین محتوی نیم تا یک درصد کربوکسی متیل سلولز (CMC) هستند که این جسم ، از واکنش سلولز با کلرواستیک اسید در محلول بازی تهیه می‌شود.

این ماده پلیمری ، قادر است که از رسوب مجدد جرم بر روی منسوجاتی که به وسیله پاک کننده ها پاک شده است، جلوگیری کند. سایر افزاینده های معمولی عبارتند از: مواد سفید کننده ، مواد کف زا و یا سایر مواد تنظیم کننده می‌باشد. 

علت اثر پاک کنندگی مواد پاک کننده

ذره های چربی و چرک ، جامدند و به پارچه یا بدن می‌چسبند و با شستشوی ساده و بوسیله آبزدوده نمی‌شوند، اما با صابون و دیگر شوینده ها شسته می‌شوند. اثر پاک کنندگی صابون وشوینده ها به این دلیل است که مولکول آنها از دو قسمت آبدوست (هیدروفیل) و آب گریز یا چربی دوست (هیدروفوب یا لیپوفیل) تشکیل شده است. قسمت آبدوست که همان سر نمکی صابون COO- یا گروه سولفات و دیگر گروههای قطبی در انتهای مولکول مواد شوینده است، مولکولهای آب را جذب می‌کند و در آب محلول می‌باشد و بوسیله حلالهای آلی دفع می‌شود. سر دیگر مولکولهای صابون و مواد شوینده سنتزی یک هیدروکربن با زنجیر طولانی است که آب را از خود دفع می‌کند، ولی در حلالهای آلی حل می‌شود.

پس از حل شدن مولکولهای صابون در آب از طریق قسمت یونی ، از بهم پیوستن زنجیرهای هیدروکربنی آب گریز ، مجموعه های بسیار کوچکی بوجود می‌آیند که سطح خارجی آن را آنیونهای آبدوست می‌پوشانند. این مجموعه های کوچک با مولکولهای آب ، پیوند هیدروژنی تشکیل می‌دهند و به صورت ذره های شناور در آب باقی می‌مانند.

بدین ترتیب مولکول صابون مانند پلی بین ذرات چربی و آب قرار گرفته، به واسطه انحلال ذرات چربی و چرک در ذره های شناور صابون از روی الیاف پارچه یا اجسام دیگر به داخل آب کشیده می‌شوند و با شستشو پاک می‌شوند. در شوینده های سنتزی نیز چربی ها و چرکها به زنجیر آلکیل می چسبند و گروه سولفونات سبب حل شدن آنها در آب شده، همراه با آب برده می‌شوند. 

مواد پاک کننده و آلودگی محیط زیست

مواد شیمیایی می توانند در چرخه های طبیعی وارد و در مرحله ای خاص بوسیله باکتری‌ها تجزیه شوند. به عنوان مثال چربی‌های موجود در طبیعت که مولکولهای آنها شاخه جانبی در زنجیره هیدروکربنی ندارند و صابون معمولی را از آنها می‌سازند، بوسیله باکتریها تجزیه می‌شوند. تعدادی از شوینده های شنتزی ، بویژه آلکیل بنزن سولفوناتهای مشتق شده از مواد شیمیایی نفت ، دارای شاخه جانبی در زنجیره هیدروکربنی می‌باشند و توسط باکتریها تجزیه می‌شوند. از این رو ، باقی ماندن و تراکم این مواد غیر طبیعی ساخته دست بشر در طبیعت ، سبب آلودگی روزافزون آبها و مخازن زیرزمینی می‌شود.

برای جلوگیری از آلودگیهای روزافزون حاصل از این نوع پاک کننده ها ، هم اکنون در بسیاری از کشورها ، قوانین و مقررات ،اجازه استفاده از مواد شوینده مقاوم در برابر تجزیه بیولوژیکی (شوینده های سخت) را نمی‌دهد و کارخانجات بسوی تولید مواد شوینده نرم با ساختمانهای راست زنجیر سوق داده شده‌اند. اشکال اساسی دیگر شوینده های سنتزی ، ترکیبهای فسفردار آنهاست که برای تنظیم PH و جلوگیری از واکنش یونهای کلیسم و منیزیم موجود در آب سخت با ماده شوینده ، به آن افزوده می‌شود. فسفاتها در اعماق رودخانه ها و دریاچه ها رسوخ کرده، سبب رشد غیر عادی قارچها و جلبکها می‌شوند و به این ترتیب با مصرف اکسیژن محلول در آب توسط این گیاهان ، زندگی ماهی ها و دیگر آبزیان به خطر می‌افتد. 

شیمی کاغذ

دید کلی

برخلاف این تصور که تولید کاغذ اساسا یک فرآیند مکانیکی است، در این فرآیند ، پدیده‌های شیمیایی نقش برجسته‌ای دارند. از تبدیل چوب به خمیر کاغذ گرفته تا تشکیل کاغذ ، اصول شیمیایی دخالت آشکاری دارند. لیگنین زدایی از یک منبع گیاهی مناسب ، معمولا چوب ، یک فرآیند شیمیایی ناهمگن است که در دما و فشار زیاد انجام می‌شود.

دامنه شیمی کاغذ ، وسیع و جالب است شامل مباحثی از قبیل شیمی کربوهیدراتها ، رنگدانه‌های معدنی ،رزینهای آلی طبیعی و سنتزی و افزودنی‌های پلیمری متعدد می‌باشد. در فرآیند تشکیل نیز تا حد زیادی شیمی کلوئید و شیمی سطح دخالت دارد. نقش پلیمر ، شیمی محیط زیست و شیمی تجزیه را نیز نباید فراموش کرد. 

ترکیب شیمیایی کاغذ

از آنجا که کاغذ از الیافی ساخته می‌شود که قبلا تحت تاثیر تیمارهای فیزیکی و شیمیایی قرار گرفته‌اند، سلولهای گیاهی حاصل از ترکیب شیمیایی ثابتی نسبت به ساختار منابع گیاهی اولیه برخوردار نیستند. سلولهای گیاهی عمدتا از پلیمرهای کربوهیدراتی آغشته شده به مقادیر مختلف لیگنین (یک ترکیب پلیمری آروماتیک که میزان آن با افزایش سن گیاه افزایش می‌یابد و در حین فرآیند لیگنینی شدن تولید می‌گردد) تشکیل شده‌اند. بخش کربو هیدراتی سلول بطور عمده از پلی ساکارید سلولز تشکیل شده است. بخشی از این ترکیبات شامل پلی ساکاریدهای غیر ساختمانی با وزن مولکولی کم به نام همی سلولز هستند، که نقش بسیار مهمی در خصوصیات خمیر و کاغذ دارند.

به نظر می‌رسید که با توجه به نام همی سلولزها ، این ترکیبات با سلولز ارتباط داشته باشند و به روش مشابهی با سلولز بیوسنتز شده باشند. اما در حال حاضر بخوبی مشخص شده است که این پلی ساکاریدها به روش متفاوتی بیوسنتز شده باشند. اما در حال حاضر به خوبی مشخص شده است که این پلی ساکاریدها به روش متفاوتی بیوسنتز می‌شوند و نقش ویژه‌ای در دیواره سلول گیاهان ایفا می‌کنند. علاوه بر این ترکیبات مهم ، مقادیر کمی از مواد آلی قابل استخراج و مقادر بسیار کمی از مواد معدنی نیز در دیواره سلولی الیاف وجود دارد. 

ترکیب کلی استخراج الیاف گیاهی از نظر درصد کربن ، هیدروژن و اکسیژن بسته به درجه لیگنین شدن متغیر است. میزان این عناصر برای چوب حدود 50% کربن ، 6% هیدروژن و 44% اکسیژن است. از آنجایی که ترکیب عنصری کربوهیدراتها کم و بیش به صورت CH₂O)_n) است، میزان کربن موجود تقریبا حدود 40% است. لیگنین یک ترکیب آروماتیک با فرمول تقریبی C₁₀H₁₁O₄ می‌باشد. بنابراین ، میزان کربن آن بطور متوسط حدود 65 - 60% است. 

سلولز

سلولز مهمترین ترکیب ساختاری دیواره‌های سلول است و بعد از حذف لیگنین و انواع دیگر مواد استخراجی نیز مهمترین ترکیب ساختاری کاغذ محسوب می‌شود. از نظر شیمیایی ، سلولز یک پلیمر دارای ساختمان میکرو فیبریلی شبه بلوری متشکل از واحدهای D-β گلوکوپیرانوزی با اتصالات (4  1) گلیکوزیدی است. همچون بسیاری از پلی ساکاریدها ، سلولز پلیمری بسپاشیده با وزن مولکولی زیاد است. بسته به نوع منبع سلولزی، درجه پلیمریزاسیون سلولز از 10000 تا 15000 متفاوت است.

سلولز 100% بلوری شناخته نشده است، اما ساختمان سلولز دارای یک بخش بلوری و یک بخش غیر بلوری یا بی‌شکل است. درجه بلورینگی بستگی به منشاء سلولز دارد. سلولز پنبه و انواع جلبکها مانند والونیا درجه بلورینگی بسیار بالایی است. در حالیکه سلولز چوب درجه بلورینگی پایینی دارد. سلولز بوسیله باکتریها نیز تولید می‌گردد که البته به عنوان منابع سلولزی برای کاغذ کاربردی ندارند. 

همی سلولزها

همی سلولزها گروهی از پلی ساکاریدهای غیر ساختاری با وزن مولکولی کم و اغلب ناهمگن هستند که ارتباطی با سلولز نداشته و از راه بیوسنتز متفاوتی تولید می‌شوند. نام همی سلولزها نشان دهنده ارتباط یا نزدیکی آنها با سلولز نیست. نقش همی سلولزها در دیوراه سلول بخوبی شناخته شده نیست، اما وزن مولکولی خیلی کم آنها نمی‌تواند همی سلولزها را به عنوان یک پلیمر ساختاری مطرح کند (درجهپلیمریزاسیون آنها بین 150 - 200 است).

تحقیقات نظری در این زمینه نشان می‌دهد که همی سلولزها ممکن است نقشی در انتقال آب داشته باشند. همی سلولزها معمولا از واحدهای مونومری هگزوزی مثل D- گلوکوپیرانوز ، D- مانوپیرانوز و D- گالاکتوپیرانوز و واحدهای پنتوزی مثل D- زایلو پیرانوز و –L آرابینوفورانوز تشکیل شده‌اند. بخش قابل توجهی از همی سلولزها حتی بعد از لیگنین زدایی شیمیایی ، در خمیر کاغذ باقی می‌مانند. مهمترین همی سلولز موجود در سوزنی برگان گالاکتو گلوکومانان است که حدود 20% از وزن خشک چوب را تشکیل می‌دهد. 

لیگنین

لیگنین ، پلیمری آروماتیک با ساختاری بسیار پیچیده است. تقریبا کلیه خصویات لیگنین در کاربردهای کاغذ سازی نقش منفی دارند و کاغذهای با کیفیت خوب از الیافی ساخته می‌شود که تقریبا عاری از لیگنین هستند. لیگنین سبب شکننده شدن کاغذ می‌شود و به دلیل اکسایش نوری و تشکیل گروههای رنگی سبب افزایش زردی و تیرگی کاغذ می‌شود. کاغذ روزنامه مثال خوبی در این زمینه است و بطور کلی کلیه خمیرهای مکانیکی که در آنها مقدار زیادی لیگنین وجود دارد، چنین اثرهایی را نشان می‌دهد. 

رزینها و مواد استخراجی

چوب حاوی مقدار کمی (کمتر از 5%) از ترکیباتی است که توسط حلالهای آلی مثل اتانول یا دی کلرومتان قابل استخراج هستند. میزان این ترکیبات در پهن برگان و سوزنی برگان و در بین گونه‌های مختلف چوبی متفاوت است. اگر چه این ترکیبات ممکن است در حین فرآیندهای شیمیایی تهیه خمیر کاغذ حذف شوند، اما همیشه مقداری از آنها در کاغذ باقی می‌ماند. ترکیب شیمیایی این مواد بسیار متغیر است و شامل آلکانها ، آلکنها ، اسیدهای چرب (اشباع یا غیز اشباع) ، استرهای گلیسرول ، مومها ، اسیدهای رزینی ، ترپنها و ترکیبات فنولی هستند.

میزان باقیمانده این ترکیبات این ترکیبات در خمیر و کاغذ بستگی به فرآیند تهیه خمیر مورد استفاده دارد. در مجموع ، ترکیبات اسیدی مثل اسیدهای چرب و رزینی در محیط قلیایی براحتی از طریق تبدیل شدن به نمکهای محلول حل می‌گردند، اما در خمیر سازی اسیدی ، این ترکیبات براحتی قابل حل و خارج سازی نیستند. چندین محصول فرعی مفید در عملیات خمیر سازی از مواد استخراجی قابل استحصال است که مهمترین آنها شامل تربانتین و روغن تال است. تربانتین مخلوطی از هیدروکربنهای دو حلقه‌ای با فرمول C₁₀H₁₆ است که ترکیبات عمده آن α و β- پنن است.

این ترکیبها به صورت محصولات فرعی فرار با بازده 5-4 لیتر به ازای هر تن چوب (کاج) قابل استحصال بوده و به عنوان حلال مور استفاده اند. روغن تال عمدتا از اسیدهای رزینی به همراه حدود 10% ترکیبات خنثی تشکیل شده است. این اسیدها از نظر ساختمانی ایزومرهای اسید آبیتیک هستند و به عنوان مواد افزودنی شیمیایی و مواد آهارزنی در تهیه کاغذ مصرف می‌شوند.

بیوشیمی

دید کلی

اساس شیمیایی بسیاری از واکنشها در موجودات زنده شناخته شده است. کشف ساختمان دو رشته‌ای دزاکسی ریبونوکلئیک اسید (DNA) ، جزئیات سنتزپروتئین از ژنها ، مشخص شدن ساختمان سه بعدی و مکانیسم فعالیت بسیاری از مولکولهای پروتئینی ، روشن شدن چرخه‌های مرکزی متابولیسم وابسته بهم و مکانیسمهای تبدیل انرژی و گسترش تکنولوژی Recombinant DNA (نوترکیبی DNA) از دستاوردهای برجسته بیوشیمی هستند. امروزه مشخص شده که الگو و اساس مولکولی باعث تنوع موجودات زنده شده است.

تمامی ارگانیسمها از باکتریها مانند اشرشیاکلی تا انسان ، از واحدهای ساختمانی یکسانی که به صورت ماکرومولکولها تجمع می‌یابند، تشکیل یافته‌اند. انتقال اطلاعات ژنتیکی از DNA به ریبونوکلئیک اسید (RNA) و پروتئین در تمامی ارگانیسمها به صورت یکسان صورت می‌گیرد. آدنوزین تری فسفات (ATP) ، فرم عمومی انرژی در سیستمهای بیولوژیکی ، از راههای مشابهی در تمامی جانداران تولید می‌شود. 

تاثیر بیوشیمی در کلینیک

مکانیسمهای مولکولی بسیاری از بیماریها ، از قبیل بیماری کم خونی و اختلالات ارثی متابولیسم ، مشخص شده است. اندازه گیری فعالیت آنزیمها در تشخیص کلینیکی ضروری می‌باشد. برای مثال ، سطح بعضی از آنزیمها در سرم نشانگر این است که آیا بیمار اخیرا سکته قلبی کرده است یا نه؟بررسی DNAدر تشخیص ناهنجاریهای ژنتیکی ، بیماریهای عفونی و سرطانها نقش مهمی ایفا می کند. سوشهای باکتریایی حاوی DNA نوترکیب که توسط مهندسی ژنتیکایجاد شده است، امکان تولید پروتئینهایی مانند انسولین و هورمون رشد را فراهم کرده است. به علاوه ، بیوشیمی اساس علایم داروهای جدید خواهد بود. درکشاورزی نیز از تکنولوژی DNA نوترکیب برای تغییرات ژنتیکی روی ارگانیسمها استفاده می‌شود.

گسترش سریع علم و تکنولوژی بیوشیمی در سالهای اخیر ، محققین را قادر ساخته که به بسیاری از سوالات و اشکالات اساسی در مورد بیولوژی و علم پزشکی جواب بدهند. چگونه یک تخم حاصل از لقاح گامتهای نر و ماده به سلولهای عضلانی ، مغز و کبد تبدیل می‌شود؟ به چه صورت سلولها با همدیگر به صورت یک اندام پیچیده درمی‌آیند؟ چگونه رشد سلولها کنترل می‌شود؟ علت سرطان چیست؟ مکانیسم حافظه کدام است؟ اساس مولکولی اسکیزوفرنیچیست؟ 

مدلهای مولکولی ساختمان سه بعدی

وقتی ارتباط سه بعدی بیومولکولها و نقش بیولوژیکی آنها را بررسی می‌کنیم، سه نوع مدل اتمی برای نشان دادن ساختمان سه بعدی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مدل فضا پرکن (Space _ Filling)

این نوع مدل ، خیلی واقع بینانه و مصطلح است. اندازه و موقعیت یک اتم در مدل فضا پرکن بوسیله خصوصیات باندها و شعاع پیوندهای واندروالسی مشخص می‌شود. رنگ مدلهای اتم طبق قرارداد مشخص می‌شود. 

مدل گوی و میله (ball _ and _ Stick)

این مدل به اندازه مدل فضا پرکن ، دقیق و منطقی نیست. برای اینکه اتمها به صورت کروی نشان داده شده و شعاع آنها کوچکتر از شعاع واندروالسی است. 

مدل اسکلتی (Skeletal)

ساده‌ترین مدل مورد استفاده است و تنها شبکه مولکولی را نشان می‌دهد و اتمها به وضوح نشان داده نمی‌شوند. این مدل ، برای نشان دادن ماکرومولکولهای بیولوژیکی از قبیل مولکولهای پروتئینی حاوی چندین هزار اتم مورد استفاده قرار می‌گیرد. 

فضا

در نشان دادن ساختمان مولکولی ، بکار بردن مقیاس اهمیت زیادی دارد. واحد آنگستروم ()، بطور معمول برای اندازه‌گیری طول سطح اتمی مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای مثال ، طول باند C _ C ، مساوی 1،54 آنگستروم می‌باشد. بیومولکولهای کوچک ، از قبیل کربوهیدراتها و اسیدهای آمینه ، بطور تیپیک ، طولشان چند آنگستروم است. ماکرومولکولهای بیولوژیکی ، از قبیل پروتئینها ، 10 برابر بزرگتر هستند. برای مثال ، پروتئین حمل کننده اکسیژن در گلبولهای قرمز یا هموگلوبین ، دارای قطر 65 آنگستروم است. ماکرومولکولهای چند واحدی 10 برابر بزرگتر می‌باشند. ماشینهای سنتز کننده پروتئین در سلولها یا ریبوزومها ، دارای 300 آنگستروم طول هستند. طول اکثر ویروسها در محدوده 100 تا 1000 آنگستروم است. سلولها بطور طبیعی 100 برابر بزرگتر هستند و در حدود میکرومتر (μm) می‌باشند. برای مثال قطر گلبولهای قرمز حدود 7μm است. میکروسکوپ نوری حداقل تا 2000 آنگستروم قابل استفاده است. مثلامیتوکندری را می‌توان با این میکروسکوپ مشاهده کرد. اما اطلاعات در مورد ساختمانهای بیولوژیکی از مولکولهای 1 تا  آنگستروم با استفاده ازمیکروسکوپ الکترونی X-ray بدست آمده است. مولکولهای حیات ثابت می‌باشند. 

زمان لازم برای انجام واکنشهای بیوشیمیایی

راکسیونهای شیمیایی در سیستمهای بیولوژیکی به وسیله آنزیمها کاتالیز می‌شوند. آنزیمها سوبستراها را در مدت میلی ثانیه () به محصول تبدیل می‌کنند. سرعت بعضی از آنزیمها حتی سریعتر نیز می‌باشد، مثلا کوتاهتر از چند میکروثانیه (). بسیاری از تغییرات فضایی در ماکرومولکولهای بیولوژیکی به سرعت انجام می‌گیرد. برای مثال ، باز شدن دو رشته هلیکسی DNA از همدیگر که برای همانندسازی و رونویسی ضروری است، یک میکروثانیه طول می‌کشد. جابجایی یک واحد (Domain) از پروتئین با حفظ واحد دیگر ، تنها در چند نانوثانیه () اتفاق می‌افتد. بسیاری از پیوندهای غیر کووالان مابین گروههای مختلف ماکرومولکولی در عرض چند نانوثانیه تشکیل و شکسته می‌شوند. حتی واکنشهای خیلی سریع و غیر قابل اندازه گیری نیز وجود دارد. مشخص شده است که اولین واکنش در عمل دیدن ، تغییر در ساختمان ترکیبات جذب کننده فوتون به نام رودوپسین می‌باشد که در عرض  اتفاق می‌افتد. 

انرژی

ما بایستی تغییرات انرژی را به حوادث مولکولی ربط دهیم. منبع انرژی برای حیات ، خورشید است. برای مثال ، انرژی فوتون سبز ، حدود 57 کیلوکالری بر مول (Kcal/mol) بوده و ATP ، فرمول عمومی انرژی ، دارای انرژی قابل استفاده به اندازه 12 کیلوکالری بر مول می‌باشد. برعکس ، انرژی متوسط هر ارتعاش آزاد در یک مولکول ، خیلی کم و در حدود 0،6 کیلوکالری بر مول در 25 درجه سانتیگراد می‌باشد. این مقدار انرژی ، خیلی کمتر از آن است که برای تجزیه پیوندهای کووالانسی مورد نیاز است، (برای مثال 83Kcal/mol برای پیوند C _ C). بدین خاطر ، شبکه کووالانسی بیومولکولها در غیاب آنزیمها و انرژی پایدار می‌باشد. از طرف دیگر ، پیوندهای غیر کووالانسی در سیستمهای بیولوژیکی بطور تیپیک دارای چند کیلوکالری انرژی در هر مول می‌باشند. بنابراین انرژی حرارتی برای ساختن و شکستن آنها کافی است. یک واحد جایگزین در انرژی ، ژول می‌باشد که برابر 0،239 کالری است. 

ارتباطات قابل بازگشت بیومولکولها

ارتباطات قابل برگشت بیومولکولها از سه نوع پیوند غیر کووالانسی تشکیل شده است. ارتباطات قابل برگشت مولکولی ، مرکز تحرک و جنبش موجود زنده است. نیروهای ضعیف و غیر کووالان نقش کلیدی در رونویسی DNA ، تشکیل ساختمان سه بعدی پروتئینها ، تشخیص اختصاصی سوبستراها بوسیله آنزیمها و کشف مولکولهای سیگنال ایفا می‌کنند. به علاوه ، اکثر مولکولهای بیولوژیکی و پروسه‌های درون مولکولی ، بستگی به پیوندهای غیر کووالانی همانند پیوندهای کووالانی دارند. سه پیوند اصلی غیر کووالان عبارت است از: پیوندهای الکترواستاتیک ، پیوندهای هیدروژنی و پیوندهای واندروالسی آنها از نظر ژئومتری ، قدرت و اختصاصی بودن با هم تفاوت دارند. علاوه از آن ، این پیوندها به مقدار زیادی از طرق مختلف در محلولها تحت تاثیر قرار می‌گیرند. 

مهندسی شیمی

دید کلی

مهندسی شیمی ، رشته ای دانشگاهی است که البته دارای زیر شاخه‌های متفاوت در زمینه‌های مختلف علمی و صنعتی می‌باشد. تمامی این رشته‌ها ، در تکنولوژی امروز بشری نهادینه شده‌اند و نقش اساسی در اداره و پیشرفت صنعت کشورهای گوناگون دارند. با خواندن مقاله زیر که به بررسی شاخه‌های مختلف مهنسی شیمی پرداخته است، با این علوم ، آشنا می‌شویم. 

صنایع پالایش

صنعت پالایش نفت ، صنعتی است که با آن ، از تفکیک و تصفیه نفت خام ، محصول متنوع و پرارزشی از قبیل گاز مایع ، سوخت اتومبیل و هواپیما ، سوخت موتورهای دیزل ، نفت سفید ، حلال های نفتی ، مواد اولیه صنایع پتروشیمی ، روغن موتور ، انواع گریس و روغن‌های روان‌کننده و دهها فراورده دیگر تولید می‌شود.

با مقایسه ای ساده بین ارزش نفت خام و ارزش فراورده های حاصل از پالایش ، می‌توان به سودآوری عظیم این صنعت و نقش آن در اقتصاد کشور پی برد. چرا که پالایشگاه ، نفت خام را به طیف وسیعی از فراورده های پر ارزش نفتی تبدیل می‌کند. همچنین با توجه به وجود اندوخته هنگفت نفت در کشور و تاکید دولت بر جایگزینی صادرات فرآورده ها نفتی به جای صدور نفت خام و نیاز روز افزون کشور به فرآورده های نفتی ، اهمیت صنایع پالایش در کشور بیشتر روشن می‌شود. 

صنایع پتروشیمی

بر حسب تعریف ، صنایع پتروشیمی به صنایعی اطلاق میشود که در آنها هیدروکربنهای موجود در نفت خام یا گاز طبیعیبه محصولات شیمیایی تبدیل می‌گردند. امروزه پتروشیمی ، صنعتی بسیار گسترده و با فن شناسی پیچیده و فراورده های متنوع می‌باشد و در حال حاضر ، شماره محصولات پتروشیمی به هزارها می‌رسد.

از جمله این محصولات که همگی از مواد اولیه هدروکربنی و طی یک رشته عملیات فیزیک- شیمیایی بدست می‌آیند، می‌توان انواع کودهای شیمیایی ، برخی از اسیدها ، بازها و نمک ها ، منومرها و پلیمرها ، ترکیبات آروماتیک و مواد واسطه و بسیاری از صنایع شیمیایی دیگر را نام برد. اهمیت محصولات پتروشیمی کاملا روشن است. فقط کافی است توجه شود که تولید محصولات کشاورزی ، تولید پارچه وپوشاک ، ساخت مسکن ، تولید مواد شوینده و پاک کننده و تولید داروهای مختلف بدون استفاده از محصولات پتروشیمی ، هرگز کفاف نیازهای رو به افزایش جمعیت جهان را نخواهد داد و مطمئنا بدون آنها زندگی بشر در ابعاد گوناگون ، به‌کلی مختل خواهد شد.

صنایع پتروشیمی از جمله صنایع مادر تلقی می‌شود و توسعه اقتصادی کشور را در زمینه‌های مختلف صنعتی و کشاورزی فراهم می‌آورد. با توجه به اینکه گسترش این صنایع و کاهش واردات و افزایش صدور محصولات پتروشیمی مورد تاکید دولت است، اهمیت این رشته آشکار می‌شود. 

صنایع پلیمر

پلیمرها موادی هستند که بیشتر مردم ، آنها را با نام عمومی لاستیک‌ها و پلاستیک‌ها می‌شناسند، در حالی که که این‌ها تنها بخش کوچکی از طیف وسیع مواد پلیمری هستند. امروزه پلیمرها در همه جا کاربرد پیدا کرده‌اند. صنایع نظامی ، الکترونیک ، خودروسازی ، پزشکی ، ساختمان سازی و... تنها نمونه‌هایی از کاربرد در زندگی روزمره بشر می‌باشند.

اهمیت کاربرد پلیمرها در صنایع گوناگون به حدی است که در حال حاضر علوم پلیمر ، نه‌تنها به‌عنوان گرایشی از مهندسی شیمی ، بلکه به‌عنوان شاخه ای مستقل از علوم فنی و مهندسی مطرح شده‌اند. پلیمرها کاربرد وسیعی در صنایع مختلف کشور دارند. 

صنایع گاز

گاز طبیعی که از منبع گاز زیرزمینی کشور استخراج می‌شود، به‌صورت ماده ای خام ، چه به‌عنوان سوخت و یا به‌عنوان ماده اولیه برای دیگر صنایع (از جمله صنایع پتروشیمی) قابل استفاده نیست و باید تحت عملیات پالایش گاز ، معیان گاز ، انتقال و توزیع گاز طبیعی و گاز مایع باشد. اهمیت این رشته ، با توجه به وجود ذخایر عظیم گاز طبیعی در کشور و تاکید دولت بر توسعه صنایع گاز طبیعی به‌عنوان سوخت و منبع انرژی و استفاده از آن در صنایع مختلف نظیر نیروگاههای حرارتی تولید برق ، کارخانه های تولید سیمان ، صنایع ذوب آهن و نیز طرح گاز سوز کردن اتومبیل‌ها برای کاهش آلودگی هوا به‌خوبی محسوس است. 

صنایع شیمیایی معدنی

صنایع شیمیایی معدنی ، دسته ای از صنایع تولیدی هستند که از برخی مواد شیمیایی معدنی یا سنگهای استخراج شده از معدن‌ها به‌عنوان ماده اولیه استفاده می‌کنند. صنایع شیشه ، کاشی و سرامیک ، گچ ، آهک ، سیمان ، باتری‌سازی ، تولید مواد شیمیایی معدنی (اسیدها ، بازها ، نمک‌ها) ، ساخت رنگدانه‌ها ، گازهای صنعتی (مانند کلر) و ترکیبات کلردار معدنی (نظیر مواد رنگ‌بر) ، نمونه‌هایی از صنایع شیمیایی معدنی می‌باشند.

ضرورت و اهمیت این گرایش با توجه به وجود ذخایر عظیم مواد معدنی در کشور ، لزوم قطع وابستگی به محصولات شیمیایی وارداتی ، میل به خودکفایی در این صنایع و نیاز روز افزون کشور به محصولات شیمایی معدنی ، بخصوص صنایع شیمیایی ، قابل درک است. 

صنایع غذایی

همانطوری که از نام این صنایع بر می‌آید، صنایع غذایی به صنایعی اطلاق می‌شود که در زمینه تولید انبوه مواد و محصولات غذایی مورد نیاز بشر فعالیت می‌کند. از میان این صنایع ، می‌توان به صنایع روغن نباتی ، قند و شکر ، شیر و لبنیات پاستوریزه ، کنسرو و خوشاب‌سازی ، تولید چای ، نوشابه‌سازی ، بیسکویت و شکلات سازی ، تولید مارکاونی و نیز صنایع تخمیری نظیر سرکه‌سازی اشاره کرد.

شاید این مساله که گرایش صنایع غذایی در زمینه مهندسی شیمی مطرح می‌شود، کمی دور از ذهن به نظر برسد. ولی باید دانست که در کارخانه‌های صنایع غذایی بیشتر از همان عملیات و تجهیزاتی استفاده می‌شود که در دیگر صنایع شیمیایی بکار می‌روند. 

سختی آب

عناصر ایجاد کننده سختی آب

صابون عمدتا توسط کلسیم و منیزیم قابل ترسیب است، ولی به غیر از آنها فلزات دیگری نظیر آلومینیوم ، آهن ، منگنز ، استرانسیم و روی نیز در ایجاد سختی آب شرکت می‌کنند، ولی از این نظر که دو عنصر اولی در مقادیر زیاد در آبهای طبیعی وجود دارند، لذا سختی آب بطور عمده بر اساس این دو سنجیده می‌شود. ولی با وجود این ، اگر مقادیر فلزات دیگر قابل توجه باشد، باید آنها را نیز محسوب داشت. 

محاسبه سختی آب

مقدار سختی آب ، برحسب اکی‌والانهای کربنات کلسیم آنها محاسبه و بیان می‌شود. 

تقسیم بندی سختی آب

سختی آب را می‌توان به دو نوع تقسیم کرد: 

سختی موقت

سختی موقت (Temporary Hardner) را سختی کربناتی (Carbonate Hardner) نیز می‌نامند. این سختی ، مولود بی‌کربنات کلسیم و منیزیم است که عمدتا به کمک حرارت و یا ازدیاد PH کاهش می‌یابد. 

سختی دائم

سختی دائم (Permanent Hardner) را سختی غیرکربناتی (Noncarbonate Hardner) نیز می‌نامند. این سختی ، با حرارت دادن قابل حذف نیست. 

اهمیت سختی آب

مقدار سختی آب ، علاوه بر اینکه در آبهای صنعتی اهمیت وافر دارد، از نظر بهداشت عمومی نیز اهمیت خاصی دارد. کلسیم که یکی از عوامل سختی آب است، در رشد استخوان و حفظ تعادل بدن دخالت داشته، ولی به همان اندازه ، سولفات کلسیم به علت کمی قابلیت هضم ، ناراحتیهایی در دستگاه هاضمه بوجود می‌آورد.

گاهی توصیه می‌شود که جهت تامین بهداشت و سلامت مصرف کنندگان ، آهک به آب آشامیدنی افزوده شود. بعضی دانشمندان معتقدند، بهتر است کلسیم و منیزیم لازم بدن توسط غذا تامین شود و حتی‌الامکان از آبهای سبک برای شرب استفاده شود. باید توجه داشت که بدن نسبت به سنگینی موجود در آب مورد مصرف خود حساسیت دارد، چنانچه این نوشیدنی تغییر یابد، ممکن است در دستگاه گوارش ایجاد اخلال نماید و این موضوع را به اصطلاح آب به آب شدن می‌گویند. 

طبقه بندی آب از نظر سختی

سختی آب (کربنات کلسیم mg/lit) 55 - 5 100 - 56 200 - 101 500 - 201 نوع آب سبک سختی کم متوسط خیلی سخت

در بعضی از طبقه بندیها حداکثر سختی آبهای قابل شرب ، 300 میلی گرم در لیتر کربنات کلسیم تعیین شده است. 

املاح محلول در آب و اثرات آنها

املاح موثر در تولید سختی

املاح موثر در سختی عبارتند از: 

املاح غیر تاثیر گذار در سختی

املاحی که در تولید سختی موثر نیستند، عبارتند از:  

تاثیر قلیائیت در سختی آب

اگر قلیائیت کل آب ، مساوی یا بیشتر از سختی کل باشد، تمام سختی آب به صورت سختی کربناتی خواهد بود. در صورتی که که قلیائیت کل ، کمتر از سختی باشد، سختی کربناتی آب معادل قلیائیت بوده و سختی دائم ، اختلاف بین سختی کل و قلیائیت است. 

واحدهای بکار رفته در سختی آب

در صورتی که مقادیر کاتیونهای مختلف برحسب میلی گرم بر لیتر (ppm) در دست باشد، معمولا جهت سهولت ، به کمک فاکتورهایی که از تقسیم وزن مولکولی کربنات کلسیم به وزن اتمی هر یک از عناصر بدست آمده ، کلیه این مقادیر برحسب کربنات کلسیم محاسبه و بیان می‌گردد. سختی آب ، معمولا بر حسب ppm یعنی mg/lit بیان می‌شود. علاوه بر این ، واحدهای آلمانی ، انگلیسی ، فرانسوی ، آمریکایی را نیز در بیان آن بکار می‌برند؛

هر یک از درجات فوق به ترتیب برابر 17.9 و 14.3 و 10 و 17.2 میلی گرم در لیتر کربنات کلسیم است.

ایزوتوپ

یکی از فرض های بدیهی نظریه اتمی دالتون این است که هر یک از اتمهای یک عنصر از هر لحاظ (از جمله جرم) با اتمهای دیگر آن یکسان است. ولی در اوایل قرن بیستم معلوم شد که یک عنصر ممکن است شامل چند نوع اتم باشد که اختلاف آنها با یکدیگر در جرم اتمی است. فردریک سودی اصطلاح ایزوتوپ (از واژه یونانی به معنای هم مکان) را برای اتمهای یک عنصر که که از نظر جرم با یکدیگر تفاوت دارند پیشنهاد کرد. 

برای بررسی ایزوتوپها از طیف نگار جرمی استفاده می شود.دستگاههایی از این نوع ابتدا توسط فرانسیس استون (1919) و آرتور دمپستر (1918) با پیروی از اصول روشهایی که جی جی تامسون در 1912 ارائه کرده بود ساخته شد. اگر عنصری شامل چند نوع اتم با جرمهای متفاوت (ایزوتوپها ) باشد، این تفاوت در مقادیر یونهای مثبت حاصل از این اتمها پدیدار می گردد.طیف نگار جرمی یونها را بر حسب مقادیر نسبت بار به جرم ، از یکدیگر جدا می کند، و سبب می شود که یونهای مثبت متفاوت در محلهای مختلف روی یک صفحه عکاسی اثر کند. 
وقتی دستگاه کار می کند، اتمهای بخار ماده مورد مطالعه در معرض بمباران الکترونی قرار گرفته و به یونهای مثبت تبدیل می شوند.این یونها بر اثر عبور از یکمیدان الکتریکی ، به قدرت چندین هزار ولت ، شتاب پیدا می کنند. اگر ولتاژ این میدان ثابت نگه داشته شود، تمام یونهایی که مقدار بار به جرم مساوی دارند، با سرعت مساوی وارد یک میدان مغناطیسی می شوند. این سرعت، مقدار بار به جرم و شدت میدا مغناطیسی، شعاع مسیر یون را در میدان مغناطیسی تعیین می کند. 

اگر شدت میدان مغناطیسی و ولتاژ شتاب دهنده ثابت نگه داشته شوند، تمامیونهایی که مقدار بار به جرم مساوی دارند، در یک محل بر روی صفحه عکاسی متمرکز می شوند. این محل را می توان با تغییر پتانسیلی که موجب شتاب یونها می شود، تغییر داد. ولی یونهایی که مقدار بار به جرم متفاوت دارند در محلهای مختلف روی صفحه عکاسی متمرکز می شوند. هر گاه یک وسیله الکتریکی که شدت اشعه یونیرا اندازه می گیرد، جای گزین صفحه عکاسی شود، دستگاه را طیف سنج جرمی می نامیم. با استفاده از طیف سنج جرمی می توان هم جرم اتمی دقیق ایزوتوپها و هم ترکیب ایزوتوپی عناصر (انواع ایزوتوپهای موجود و مقدار نسبی هر یک) را تعیین کرد. 

ایزوتوپها، اتمهایی با عدد اتمی مساوی و عدد جرمی متفاوتند. این اتمها دارای خواص شیمیایی بسیار مشابه هم (در اغلب موارد غیر قابل تشخیص) هستند. مثلا در طبیعت دو نوع اتم کلر وجود داردکه هر دو 17 پروتون و 17 الکترون دارند ولی یکی دارای 18 نوترون و دیگری دارای 20 نوترون است. بنابراین، اختلاف ایزوتوپها در تعداد نوترونهای هسته ها آنهاست. بعضی از عناصر فقط به یک شکل ایزوتوپی در طبیعت وجود دارند(مثل سدیم، بریلیم و فلوئور). ولی اغلب عناصر بیش از یک ایزوتوپ دارند.مثلا قلع دارای ده ایزوتوپ است. اصطلاح نوکلید، به طور کلی، برای گونه های اتمی به کار می رود. 

بسیاری از ایزوتوپها از ایزوتوپها رادیواکتیو هستن ، یعنی ذراتی با فرکانس بالا را از هسته (مرکز) اتمهای خود را ساطع می کنند . از آنها می توان برای دنبال کردن مسیر مواد متحرکی که از دید پنهان هستند ، مانند جریان خون در بدن یک بیمار در بیمارستان ، استفاده کرد. 

جریان خون

مقدار کمی از یک ایزوتوپ رادیو اکتیو به درون جریان خون بیمار تزریق می شود . سپس مسیر آن توسط آشکارسازهای خاصی که فعالیت رادیواکتیویته را مشخص می کنند دنبال می شود . این اطلاعات به یک کامپیوتر داده می شود ، که صفحه آن هر گونه اختلالی ، مانند انعقاد خون در رگها ، را نشان می دهد . با استفاده از روشی مشابه ، می توان از ایزوتوپها برای مطالعه جریان مایعات در تاسیسات شیمیایی نیز استفاده کرد. 

فرسودگی ماشین آلات

آهنگ فرسودگی ماشین آلات صنعتی را نیز می توان با استفاده از ایزوتوپها اندازه گرفت . مقادیر اندکی از ایزوتوپهای رادیواکتیو به بخشهای فلزی ماشین آلات ، مانند یاتاقانها و رینگ وپیستونها اضافه می شود . سپس سرعت فرسودگی با اندازه گرفتن رادیواکتیویته روغنی که برای روغنکاری این بخشها به کار رفته است مححاسبه می شود. 

پیل الکتروشیمیایی

پیلهای الکتروشیمیایی ابزاری برای تبدیل انرژی الکتریکی و شیمیایی به یکدیگر بوسیله واکنشهای الکتروشیمیایی هستند، بدین دلیل به اسم پیلهای الکتروشیمیایی معروفند.

مقدمه

هنگامی که چراغ قوه را روشن کنید یا برای روشن شدن خودرو استارت می‌زنید از انرژی الکترکی استفاده می‌کنید. این انرژی توسط دسته‌ای از واکنشهای شیمیایی فراهم می‌شود که در باتریها روی می‌دهد. مطالعه شیمی باتریها و مباحثی برقکافت ، آبکاری ، فلز گری و از همه مهمتر خوردگی که در چالش برانگیزترین مسأله در جوامع صنعتی امروز به شمار می‌آید همگی در نتیجه واکنشهای الکتروشیمیای مطرح می‌شوند. 

تاریخچه

الکساندر ولتا (1827 - 1745) فیزیکدان ایتالیایی و مخترع اولین باتری است که اکنون پیل ولتا نامیده می‌شود. این پیل شامل صفحات متناوبی از مس و روی است که توسط صفحات مقوایی نازک که در محلول نمکی غوطه‌ورند از هم جدا شده‌اند، بخاطر کمک او به علم الکتریسیته ، واحد اختلاف پتانسیل الکتریکی (ولت) به نام اوست. 

نقش و تأثیر در زندگی

باتریهای خشک در زندگی روزمره برای مصارف گوناگون بکار می‌روند، سلولهای انباره‌ای که شامل باتری خودرو باشند برای راه اندازی اتومبیلها بکار می‌روند، از باتریهای نیکل - کادمیم در ابزاری مانند تلفن بی سیم ، رایانه‌های قابل حمل (لپ تاپ) ، تلفن همراه و ماشینهای اصلاح استفاده می‌شود و سلولهای سوختی برای تأمین برق و آب آشامدنی فضاپیما استفاده می‌شود و برای تأمین برق بیمارستانها و به تازگی تأمین نیروی محرکه وسایل نقلیه سنگین و سبک هم استفاده می‌شود. خوردگی سالانه خسارات زیادی در صنعت به بار می‌آورد. 

ساختار یا ساختمان

یک پیل الکتروشیمیایی از دو الکترود جریان به نام الکترود کاتد و آند تشکیل یافته است، به هر یک از این الکترودها که در محلول الکترولیت قرار گرفته‌اند و محلولهای الکترولیتی در صورت متفاوت بودن از نظر ترکیب شیمیایی توسط یک پیل نمی که لوله‌های شیشه‌ای نعلی شکل پر شده از محلول غلیظ یک الکترولیت قدیمی باشند و یا یک دیواره متخلخل (نظیر شیشه گداخته و یا چینی و سرامیک بدون لعاب) باهم ارتباط دارند. پیهای الکتروشیمیایی بطور قرار دادی به دو نوع پیل گالوانیک (ولتایی) والکترولیزی تقسیم می‌شوند. 

طرز کار و مکانیزم کار

پیلهای الکتروشیمیایی با واکنشهای اکسایش - کاهش: واکنشهای اکسایش- کاهش عبارتند از انتقال الکترون از یک واکنشگر به واکنشگر دیگری. واکنش اکسایش - کاهش از دو نیم واکنش تشکیل یافته است، نیم واکنشی که در آن واکنشگر الکترون از دست می‌دهد نیم واکنش اکسید است و در آند رخ می‌دهد و واکنشگر را کاهنده یا احیا کننده پیلهای الکتروشیمیایی می‌نامند. نیم واکنشی که در آن واکنشگر الکترون می‌گردد، نیم واکنش احیا یا کاهش می‌باشد و در کاتد رخ می‌دهد و واکنشگر را اکسید کننده یا اکسنده می‌نامند و پتانسیل واکنش را می‌توان با استفاده از معادله ارنست محاسبه کرد. 

کاربردها

از پیلهای الکتروشیمیایی می‌توان در موارد زیر استفاده نمود:

• تعیین PH محیط واکنش و ثابت تعادل واکنش

• در صنعت نانو برای رسوب گیری مواد بر روی الکترودها

• در ساخت و کاربرد حسگرها مورد استفاده در تشخیص و اندازه گیری گونه‌های زیستی یعنی زیست حسگرها

• در صنعت پزشکی برای رسم الکتروکار دیاگرام

چشم انداز و آینده بحث

مواد قابل سنجش متعددی در هوا ، آب ، خاک و دیگر تشکیل دهنده‌های محیط زیست وجود دارد و هر روز بر تعداد اینگونه مواد افزوده می‌شود. ضرورت اندازه گیری آلاینده‌هایی نظیر انواع حشره کشها ، کودهای شیمیایی ، زباله‌ها و پسابهای صنعتی و خانگی بر کسی پوشیده نیست. با استفاده از پیلها و اندازه گیری پتانسیل آنها به ویژه زیست حسگرها می‌توان کلیه امور را در مدت زمان کم و به آسانی انجام داد.

کربوهیدراتها

کربوهیدراتها ، منبع مهم غذایی

بدین ترتیب کربوهیدراتها ، منبع مهم غذایی‌اند. کربوهیدراتها همچنین به عنوان واحدهای سازنده چربیها و نوکلئیک اسیدها عمل می‌کنند. سلولز ، نشاسته و قند معمولی ، کربوهیدرات می‌باشند. از آنجا که این ترکیبات چندین گروه عاملی دارند به چند عاملی موسومند. مانند گلوکز  و بسیاری از اجزا سازنده ساده ، کربوهیدراتهای پیچیده دارای فرمول عمومی  هستند. 

نام و ساختار کربوهیدراتها

ساده‌ترین کربوهیدراتها ، قندها یا ساکاریدها هستند. با افزایش طول زنجیر ، تعداد کربنهای با مراکز فضایی افزایش می‌یابند و بدین ترتیب تعداد زیادی دیاسترومر امکانپذیر می‌شوند. خوشبختانه برای شیمیدانها عمدتا یکی از چند انانیتومر امکانپذیر ، اهمیت دارد. قندها ترکیبات پلی هیدروکسی کربونیل‌اند، از این رو می‌توانند همی استالهای حلقوی پایداری ایجاد کنند ، بدین ترتیب ساختارهای اضافی و تنوع شیمیایی برای این ترکیبات پدید می‌آید. 

طبقه بندی قندها

کربوهیدراتها نام عمومی قندهای منومری (منوساکاریدها) ، دی‌مری(دی‌ساکاریدها) ، تریمری (تری‌ساکاریدها) ، الیگومری (الیگوساکاریدها) و پلیمری (پلی‌ساکاریدها) بدست آمده از قند (ساکاروم ، لاتین قند) می‌باشند. یک منوساکارید یا قند ساده ، یک آلدئید یا کتونی با حداقل دو گروه هیدروکسیل است. بدین ترتیب دو عضو ساده این طبقه از ترکیبات ، 2 و 3 - دی هیدروکسی پروپانال (گلیسرآلدئید) ، 1 و 3 - دی هیدروکسی پروپانون (1 و 3 - دی هیدروکسی استون) می‌باشند.

قندهای پیچیده از اتصال قندهای ساده همراه با حذف آب بدست می‌آیند. قندهای آلدئیدی بصورت آلدوزها طبقه بندی می‌شوند. آنهایی که عامل کتونی دارند، کتوز خوانده می‌شوند. بر اساس طول زنجیر ، قندها ، تریوز (3 کربنی) ، تتروز (4 کربنی) ، پنتوز (5 کربنی) ، هگزوز (6 کربنی) و غیره نامیده می‌شوند. از اینرو ، 2 و 3 - دی هیدروکسی پروپانول (گلیسرآلدئید) یک آلدوتریوز است. در حالی که 1 و 3 - دی هیدروکسی پروپانون یک کتوتریوز می‌باشد. 

گلوکز

گلوکز ، قند خون یا قند انگور (گلایکیس ، در فرهنگ یونانی به معنی شیرین) که به دکستروز موسوم است، یک پنتاهیدروکسی هگزانال بوده ، از اینرو در خانواده آلدوزهگزوزها جای دارد. گلوکز بصورت طبیعی در بسیاری از میوه‌ها و گیاهان با غلظتی در گستره %0.08 تا 0.1% در خون انسان وجود دارد. 

فروکتوز

ایزومر کتوهگزوزی گلوکز ، فروکتوز است. فروکتوز شیرین‌ترین قند طبیعی است (برخی از قندهای سنتزی شیرین‌ترند). فروکتوز نیز در بسیاری از میوه‌ها (فروکتوز در فرهنگ لاتین به معنی میوه) و در عسل وجود دارد. 

ریبوز

قند طبیعی مهم دیگر آلدوپنتزو ریبوز است. این قند واحد ساختاری ریبونوکلئیک اسیدها می‌باشد. فرمول ساده یا تجربی برای همه قندها می‌باشد. این فرمول ، هم ارز فرمول هیدرات کربن است. این یکی از دلایلی است که به این دسته از ترکیبات کربوهیدرات گفته می‌شود. 

دی‌ساکاریدها و پلی‌ساکاریدها

دی‌ساکارید از تشکیل دو مونوساکارید از طریق تشکیل یک پل اتری (معمول استال) بدست می‌آید. هیدرولیزدی‌ساکاریدها ، منوساکاریدها را دوباره بدست می‌دهد. تشکیل اتر بین یک منو و یک دی‌ساکارید یک تری‌ساکارید ایجاد می‌کند و تکرار این فرآیند نهایتا به تولید یک پلیمر طبیعی (پلی‌ساکارید) منجر می‌شود. چنین کربوهیدراتهای پلیمری ، تشکیل‌دهنده اسکلت اصلی سلولز و نشاسته هستند. 

فعالیت نوری قندها

به استثناء 1 و 3 - دی‌هیدروکسی- پروپانون ، همه قندهایی که تاکنون ذکر شده‌اند، حداقل حاوی یک مرکز فضایی‌اند. ساده‌ترین قند کایرال ، 3 و 2 - دی‌هیدروکسی پروپانون (گلیسرآلدئید) با یک کربن نامتقارن است. فرم راست‌بر آن R است، به صورتی که در طرحهای فیشر مولکول نشان داده می‌شود، انانتیومر چپ‌بر آن ، Sمی‌باشد.

گر چه نامگذاری S و R برای نامیدن قندها کاملا رضایت بخش است، اما سیستم نامگذاری قدیمی هنوز بکار گرفته می‌شود. این سیستم نامگذاری ، قبل از تدوین پیکربندی مطلق قندها متداول بوده ، همه قندها را به 2 و 3 - دی‌هیدروکسی پروپانال (گلیسرآلدئید) مرتبط می‌سازد. در این روش بجای استفاده از S وR از پیشوند D برای انانتیومر (+) وL برای انانتیومر (-) گلیسرآلدئید استفاده می‌شود. 

قندها ، تشکیل‌دهنده همی‌استالهای درون مولکولی

قندها ترکیبات هیدروکسی کربونیل‌اند و بایستی قادر به تشکیل درون مولکولی همی استال باشند. در واقع گلوکز و سایر هگزوزها و پنتوزها به صورت مخلوط در حال تعادل با ایزومرهای حلقوی همی‌استال خود هستند. در این مخلوط در حال تعادل ، ایزومر حلقوی همی‌استال برتر است. در اصل هر یک از پنج گروه هیدروکسی می‌توانند به گروه کربونیل آلدئید افزوده شوند. اما گرچه حلقه‌های پنج ضلعی نیز شناخته شده هستند، حلقه‌های شش ضلعی معمولا محصول برتر می‌باشند. 

گسستگی اکسایشی قندها

واکنشگری که باعث شکستن پیوند C-C می‌شود، پریدیک اسید (HIO₄) است. این ترکیب دی‌الهای مجاور را اکسایش کرده ، ترکیبات کربونیل ایجاد می‌شوند. از آنجا که اغلب قندها چندین دی‌ال مجاور دارند، اکسایش با HIO₄مخلوط پیچیده‌ای ایجاد می‌کند. مقدار کافی از اکسنده ، زنجیر قند را بطور کامل به ترکیبات یک کربنی تبدیل می‌کند.

از این روش برای شناسایی ساختار قندها استفاده می‌شود. مثلا از مجاورت گلوکز با 5 اکی والان HIO₄، پنج اکی والان فرمی اسید و 1 اکی والان فرمالدئیدبدست می‌آیند. در اکسایش فروکتوز ایزومری نیز همان مقدار عامل اکسنده مصرف شده، اما محصولات ، 3 اکی والان اسید ، 2 اکی والان آلدئید و یک اکی والان دی‌اکسید هستند.

عطر

دید کلی

عطرها موادی هستند که انسان‌ها برای اینکه خوش‌بو باشند و در نزد دیگران مقبول ، از آنها استفاده می‌کنند. عطرهایی که از مواد طبیعی بدست می‌آیند، مانند مشک آهوی ختن ، اندکند. اغلب این مواد ، از مواد شیمیایی و بصورت سنتزی تولید می‌شوند. با ساختار عطرها آشنا می‌شویم. 

مواد سازنده عطر

هر نوع عطر دست‌کم از سه جزء تشکیل یافته است که فراریت و وزن ‏مولکولی آنها تا حدی باهم تفاوت دارند. 

جزء اول

جزء اول که تاپ نوت نامیده می شود، فرارترین ماده و مشخصترین بو را در دارا بوده ‏و در تولید عطر کاربرد دارد.‏ 

جزء دوم

جز دوم که میدل نوت نامیده می شود، کمتر فرار است و عموما عصاره یک ‏گل (بنفشه ، یاس و غیره) است.‏ 

جزء سوم

آخرین جزء یا اندنوت ، کمترین فراریت را دارد و معمولا یک رزین یا پلیمر مومی ‏است.‏ 

سیوتون ، اصلی‌ترین سازنده عطر

بیشتر عطرها اجزای بسیاری دارند و از لحاظ شیمیایی غالبا مخلوطهای ‏کمپلکس هستند. با پیشرفت تجزیه مواد عطر طبیعی ، مصرف ترکیبات آلی ‏سنتزی خالص که بوی آنها همانند بوی عطر خاصی می‌باشد، بسیار ‏معمول شده است. نمونه آن سیوتون ، یک کتون حلقوی است که از سیویت ‏بدست می‌آید. سیویت ، ماده‌ای است که از غده‌های گربه سیویت ترشح ‏می‌شود.

گربه سیویت ، حیوانی شبیه به گربه است که در اتیوپی و افریقای ‏مرکزی یافت می‌شود.‏سیوتون در عطر سازی ارزش بسیار دارد. امروزه سیوتون بصورت سنتزی ‏موجود است. برای سنتز سیوتون ، نخست 8 ، هگزادکان ـ1 ، 16، دی ‏کربوکسیلیک اسید تهیه می‌کنند و سپس آنرا بصورت حلقه در می‌آورند. یون توریم (Th⁺⁴) کاتالیزور بسته شدن این حلقه است.

سیویت ، مانند مشک ، مجموعه‌ای از مواد جاذب جنسی است. این مواد ‏جاذب جنسی در عطرهای موثر با زیرکی بوسیله بوهای گل و گیاهی ‏پوشانده می‌شوند. جاذبه اولیه از بوی خوش حاصل می‌شود. اما اثر ‏اساسی ناشی از سیویتون یا مشک است.‏ 

سایر ترکیبات عطر

ترکیبات دیگری که در عطرها بکار می‌روند، شامل الکلها و استرهایی با وزن ‏مولکولی زیادند. یک نمونه ، ژرانیول (با نقطه جوش‎‎‏ 230 درجه سانتی‌گراد) یک جزء اصلی از ‏روغن ژرانیوم (شمعدانی معطر) ترکیه‌ای است.‏ استرهای این الکل ، برای ساختن ماده معطر سنتزی که بوی رز دارد، در ‏عطرسازی بکار می‌رود. مثلا استری که از واکنش میان ژرانیول و اسید فرمیک تشکیل می‌شود، بوی رز دارد.‏

عطرها نوعا 10% تا 25% اسانس عطر و 75% تا 80% الکل و یک ثابت ‏کننده برای نگه داشتن روغن‌های اسانسی دارد. عطرها به بیشتر مواد ‏آرایشی افزوده می‌شوند تا محصول بدست آمده بوی مطلوب داشته باشند؛ ‏این مواد بوهای طبیعی و دیگر اجزایی مانند مواد جاذب جنسی را می‌‏پوشانند. آنها بعلت داشتن الکل ، خاصیت ضدعفونی و باکتری‌کشی ‏ملایمی دارند.‏ 

مواد دافع بو

حدود 2 میلیون غده عرق بر سطح بدن دست اندرکار تنظیم دمای بدن ‏هستند. این غده‌ها با ترشح آب که تبخیر آن اثر خنک کنندگی دارد، دمای بدن ‏را تنظیم می‌کنند. از این تبخیر ، اجزای جامدی به جای می‌ماند که عمدتا ‏سدیم کلرید و مقادیر کمتری پروتئین و دیگر مواد مرکب آلی است. ‏بوی بدن بیشتر از آمینها و مواد حاصل از هیدرولیز روغنهای چرب (اسیدهای ‏چرب ، آکرولیین و غیره) است که از بدن و از رشد باکتریایی در باقیمانده ‏حاصل از غده‌های عرق گسیل می یابند. برای آنکه بدن انسان وظایف خود را ‏به خوبی انجام دهد، عمل تعریق هم امری عادی و هم ضروری است. خود ‏عرق کاملا بی بو است، اما محصولات تجزیه باکتریایی چنین نیستند.‏ 

انواع مواد دافع بو

مواد دافع بو از سه نوع عمده هستند:

• یک نوع آنها ، بطور مستقیم تعرق را می‌خشکاند یا بعنوان مواد ‏منقبض‌کننده عمل می‌کنند.

• نوع دیگر آنها که بو دارند و بوی عرق را می‌پوشانند.

• نوع سوم آنها که ترکیبات بودار را با واکنش شیمیایی برطرف می‌کنند. از جمله موادی که بعنوان قابض عمل می‌کنند، آلومینیم سولفات ‏آبپوشیده ، کلرید آلومینیم آبپوشیده (‏O‏₂‏H‏6 . ₃‏AlCl‏) ، آلومینیم کلروهیدرات ( در ‏واقع آلومینیم هیدروکسی کلرید ) و الکلها هستند. ‏

مواد بی‌بو کننده

از جمله مواد مرکبی که بعنوان عوامل بی‌بو کننده عمل می‌کنند، روی ‏پروکسید ، روغن‌های اسانسی و عطرها و انواعی از مواد ضد عفونی کننده ‏ملایم هستند. روی پروکسید ، مواد مرکب بودار را با اکسید کردن آمین‌ها و ‏ترکیباتاسیدهای چرب بر طرف می‌کند. روغن‌های اسانسی ، عطرها یا ‏بوها را جذب می‌کنند یا آنها را می‌پوشانند و ضدعفونی کننده‌ها معمولا ‏عوامل اکسید کننده یا کاهنده‌ای هستند که باکتریهای ایجاد کننده‌ بو را ‏می‌کشند.‏ 

شیمیدانان نامی اسلام

ابن سینا

دید کلی

آغاز کیمیاگری اسلامی ، با اسامی مردانی همراه است که احتمالا خود کیمیاگر نبوده‌اند، اما با گذشت زمان و فرارسیدن قرن دهم میلادی ، کیمیاگران شهیری از میان آنان برخاستند که علاوه بر تفکراتشان ، نوشتارهای کاملا جدید و نوینی خلق کردند. 

امام جعفر صادق علیه السلام (148 ـ 82 هـ . ق. / 770 ـ 705 م.)

محضر پر فیض ""حضرت امام صادق علیه‌السلام ""، مجمع جویندگان علوم بود. با دانش‌پژوهی که به محفل آن حضرت راه می‌یافت، از خرمن لایزال دانش او بهره‌مند می‌شد. در علم کیمیا ، ایشان نخستین کسی بودند که عقیده به عناصر چهارگانه (عناصر اربعه) آب ، آتش ، خاک و باد را متزلزل کردند. از فرموده‌های ایشان است که : «من تعجب می‌کنم مردی چون "ارسطو" چگونه متوجه نشده بود که خاک یک عنصر نیست، بلکه عنصرهای متعددی در آن وجود دارد.» ایشان هزار سال پیش از "پرسینلی" ، "لاووازیه" و ... ، دریافته بود که در آب چیزی هست که می‌سوزد (که امروزه آن را هیدروژن می‌نامند).

از امام صادق علیه‌السلام ، رساله‌ای در علم کیمیا تحت عنوان «رسالة فی علم الصناعة و الحجر المکرم» باقیمانده که "دکتر روسکا" آن را به زبان آلمانی ترجمه و در سال 1924 آن را تحت عنوان «جعفر صادق امام شیعیان ، کیمیاگر عربی» در هایدبرگ به چاپ رسانده است. به عنوان مثال و برای آشنایی با نظرات حضرت صادق علیه‌السلام درشیمی ، خلاصه‌ای از بررسی "دکتر محمد یحیی هاشمی" را در ذیل درج می‌کنیم:


«««از شرحی که امام صادق علیه‌السلام برای اکسید می‌دهد، چنین معلوم می‌شود که اکسید ، جسمی است که از آن ، برای رفع ناخالصی در فلزاتاستفاده شده است. ایشان تهیه اکسید اصغر (اکسید زرد) را از خود و آهن و خاکستر به کمک حرارت و با وسایل آزمایشگاهی آن دوره ، مفصلا شرح داده ، نتیجه عمل را که جسمی زرد رنگ است، اکسید زرد نام نهاده‌اند. این شرح کاملا با فروسیانید پتاسیم که جسمی است زرد رنگ به فرمول Fe(CN)₆] K₄]منطبق است و ... . نتیجه عمل بعد از طی مراحلی ایجاد و تهیه طلای خالص است. امروزه نیز از همین خاصیت سیانور مضاعف طلا و پتاس برای آبکاری با طلااستفاده می‌شود. 

رازی

جابر بن حیان (2000 ـ 107 هـ . ق / 815 ـ 725 میلادی)

"جابر بن حیان" معروف به صوفی یا کوفی ، کیمیاگر ایرانی بود و در قرن نهم میلادی می‌زیست و بنا به نظریه اکثریت قریب به اتفاق کیمیاگران اسلامی ، وی سرآمد کیمیاگران اسلامی قلمداد می‌شود. شهرت جابر ، تنها به جهان اسلام محدود نمی‌شود و غربی‌ها او را تحت عنوان «گبر» می‌شناسند. "ابن خلدون" درباره جابر گفته است:

جابربن حیان پیشوای تدوین کنندگان فن کیمیاگری است

. 
جابر بن حیان ، کتابی مشتمل بر هزار برگ و متضمن 500 رساله ، تالیف کرده است. "برتلو" شیمیدان فرانسوی که به پدر شیمی سنتز مشهور است، سخت تحت تاثیر جابر واقع شده ، می‌گوید: «جابر در علم شیمی همان مقام و پایه را داشت که ارسطو در منطق.» "جورج سارتون" می‌گوید: «جابر را باید بزرگترین دانشمند در صحنه علوم در قرون وسطی دانست.» "اریک جان هولیمارد" ، خاورشناس انگلیسی که تخصص وافری در پژوهشهای تاریخی درباره جابر دارد، چنین می‌نویسد:


««جابر ، شاگرد و دوست امام صادق علیه‌السلام بود و امام را شخصی والا و مهربان یافت؛ بطوری‌که نمی‌توانست از او جدا ولی بی‌نیاز بماند. جابر می‌کوشید تا با راهنمایی استادش ، علم شیمی را از بند افسانه‌های کهن مکاتب اسکندریه برهاند و در این کار تا اندازه‌ای به هدف خود رسید.»»

برخی از کتابهایی که جابر در زمینه شیمی نوشته عبارتند از : الزیبق ، نارالحجر ، خواص اکسیرالذهب ، الخواص ، الریاض و ... .

وی به آزمایش بسیار علاقمند بود. از این رو ، می‌توان گفت که نخستین دانشمند اسلامی است که علم شیمی را بر پایه آزمایش بنا نهاد. جابر نخستین کسی است که اسید سولفوریک یا گوگرد را از تکلیس زاج سبز و حل گازهای حاصل در آب بدست آورد و آن را زینت الزاج نامید. جابر ، اسید نیتریک یا جوهر شوره را نیز نخستین بار از تقطیر آمیزه ای از زاج سبز ، نیترات پتاسیم و زاج سفید بدست آورد. 

رازی ، ابوبکر محمد بن زکریا (313 ـ 251 هـ . ق / 923 ـ 865 م.)

زکریای رازی به‌عنوان یکی از بزرگترین حکیمان مسلمان شناخته شده ، غربی‌ها او را به نام رازس می‌شناسند. رازی در علم کیمیا ، روش علمی محض را انتخاب کرده ، بر خلاف روشهای تمثیلی و متافیزیک ، به روشهای علمی ارزش زیادی قائل شده است. رازی ، موسس علم شیمی جدید و نخستین کسی است که «زیست شیمی» را پایه‌گذاری نموده است. دکتر روسکا ، شیمیدان آلمانی گفته است: «رازی برای اولین بار مکتب جدیدی در علم کیمیا بوجود آورده است که آن را مکتب علم شیمی تجربی و علمی می‌توان نامید. مطلبی که قابل انکار نیست، اینست که زکریای رازی ، پدر علم شیمی بوده است.»

کتابهای او در زمینه کیمیا در واقع ، اولین کتابهای شیمی است. مهمترین اثر رازی در زمینه کیمیا کتاب «سرالاسرار» است. ظاهرا رازی ، 24 کتاب یا رساله در علم کیمیا نوشته است که متاسفانه فقط معدودی از آنها بدست آمده است و در کتابخانه‌های مشهور دنیا نگهداری می‌شود. وی نخستین بار از تقطیر شراب در قرع و انبیق ماده‌ای بدست آورد که آن را الکحل نامید که بعدها به هر نوع ماده پودری شکل حتی به جوهر هم داده شد، از این رو آن جوهر را جوهر شرابنیز نامیدند. گفته می‌شود که رازی کربنات آمونیوم را از نشادر و همچنین کربنات سدیم را تهیه کرده است. 

ابوریحان بیرونی

ابن سینا ، حسین (428 ـ 370 هـ . ق / 1036 ـ 980 م.)

ابن سینا ملقب به شیخ الرئیس ، بزرگترین فیلسوف و دانشمند اسلامی و چهره ای بسیار موثر در میدان علوم و فنون است. غربی‌ها وی را به نام اوسینیا می‌شناسند. ابن سینا ، رنجی برای کیمیاگری و ساختن طلا نکشید؛ زیرا او به استحاله باور نداشت و صریحا تبدیل فلزات به یکدیگر را ناممکن و غیر عملی می‌دانست.

ابو علی سینا از ادویه منفرد ، 785 قلم دارو را به ترتیب حروف ابجد نام برده ، به ذکر ماهیت آنها پرداخته ، خواص تاثیر آن داروها را شرح داد. وی ضمن توصیف این مواد ، آگاهی‌های جالبی در زمینه «شیمی کانی» به خوانندگان می‌دهد و می‌گوید از ترکیب گوگرد و جیوه ، می‌توان شنگرف تهیه کرد. وی نخستین کسی است که خواص شیمیایی الکل و اسید سولفوریک را از نظر دارویی شرح داد. 

بیرونی ، ابوریحان محمد (442 ـ 362 هـ . ق / 1050 ـ 972 م.)

کانی شناس و داروشناس جهان اسلام و یکی از بزرگترین دانشمندان اسلام است که با ریاضیات ، نجوم ، فیزیک ، کانی شناسی ، دارو سازی و اغلب زبانهای زنده زمان خود آشنایی داشته است. یکی از آثار مهم بیرونی در شیمی ، کتاب الجواهر وی است که در بخشی از آن ، نتایج تجربی مربوطه به تعیین جرم حجمی امروزی آنها تفاوت خیلی کم دارد و یکی از کاربردهای مهم وی به شمار می‌رود که در علوم تجربی ، انقلابی بزرگ بوجود آورد. وی برای تعیین جرم اجسام ، ترازویی ابداع کرد.

بیرونی همچنین در کتاب الجماهیر (در شناسایی جوهرها) به معرفی مواد کانی ، بویژه جواهرات گوناگون پرداخت. بیرونی ، چگالی‌سنج را برای تعیین جرم حجمی کانی‌ها بویژه جوهرها و فلزها نوآوری کرد که در آزمایشگاه امروزی کاربرد دارد. 

قورباغه سمی

دید کلی

قورباغه هایی که درباره آن صحبت می‌کنیم، از غده‌های پوستی خود ، زهر ترشح می‌کنند، رنگشان زرد و حتی قرمز است و در اکوادر زندگی می‌کنند.‏ 

مکانیسم عمل قورباغه

این قورباغه‌های زهرپاش که در چندین خانواده رده بندی شده‌اند، با رنگهایشان خود را از ‏‏آسیب شکارگران در امان می‌دارند و در واقع ، با رنگ فریبنده به شکارگران هشدار می‏‏دهند که به سراغ آنها نروند. زهر موجود در بدن قورباغه ، فیلوباستی تریبیلیز تا حدی ‏زیاد ‏است که می‌تواند 20000 موش یا 20 انسان را بکشد. حتی تماس با این ‏قورباغه برای ‏انسان کشنده است.

مردم بومی کلمبیا ، هنگام شکار از زهر این قورباغه استفاده می‌کنند و آن را به ‏‏تیر و کمان خود می‌مالند. 

بررسی و اکتشاف دانشمندان

در سال 1974 دانشمندان با بررسی زهر قورباغه زرد و کوچک ‏‏اپیپدو باستی تری کولور در یافتند کهآلکالویید موجود در زهر این قورباغه ، مانند ‏داروی ‏مخدر ، واکنشی درد زدایی را در موشهای آزمایشگاهی ایجاد می‌کند. دانشمندان با مسایل زیادی روبرو بودند. حتی پس از جمع آوری 750 قورباغه ، فقط ‏500mg ‏‏زهر جمع آوری کردند. نمی‌دانستند عامل فعال این زهر چیست و بدتر از آن این قورباغه‌ها از گونه‌های حفاظت شده محسوب می‌شدند.

مشکلات دانشمندان به همین حالت ‏‏باقی بود تا اینکه در اوایل دهه 1990 روشهای تجزیه‌ای پیشرفته ای بوجود آمد که با ‏‏استفاده از آنها مشخص شد که عامل فعال زهر این قورباغه ، ترکیبی است که آن را اپی ‏‏باتیرین نام نهادند (بر گرفته از نام علمی این قورباغه).‏ 

ساختار اپی باتیرین

اپی باتیرین ساختاری شبیه به نیکوتین دارد و از طریق فعالسازی گیرنده استیل ‏کولین‏نیکوتین عمل می‌کند و بدین ترتیب مانند مورفین که از راه گیرنده دیگری ‏عمل می‌کند، ‏اعتیاد آور نیست. اپی باتیرین ، در تسکین درد حیوانات 200 بار قوی‌تر از مورفین است.‏ 

تشکیل اپی باتیرین در بدن قورباغه

قورباغه‌های آزمایشگاهی ، اپی باتیرین تولید نمی‌کنند. بنابراین ، می‌توان نتیجه ‏گرفت ‏که فقط قورباغه‌ها در زیستگاههای طبیعی خود که از حشرات (مانند مورچه) ‏و گیاهان ‏تغذیه می‌کنند، اپی باتیرین دارند. شیمیدانان راههایی را برای ساخت این ماده ‏در ‏آزمایشگاه پیدا کرده‌اند.‏ 

کاربردهای پزشکی اپی باتیرین

سمیت این ترکیب ، فراتر از آن است که مورد استفاده انسانی باشد. بنابراین شیمیدانان ‏‏صدها مولکول مشابه آنرا ساخته‌اند. یکی از آنها یعنی ‏R‏ ـ 5 (2ـ آزیترینیل متوکسی) ـ2ـ ‏‏کلرو پیریدین که به اختصار 594 ـ ‏ABT‏گفته می‌شود، نسبت به اپی باتیرین سمیت ‏‏بسیار کمتری دارد و درد زدایی موثری تلقی می‌شود. 594 ـ ‏ABT‏ در حال حاضر در ‏‏آزمایشگاههای بالینی بکار می‌رود و به نظر نمی‌آید اعتیاد آور باشد.‏ 

بانوی برجسته جهان علم

شکفتن استعداد

روزی در یکی از جلسات سخنرانی یکی از اساتید بزرگ ریاضیات ، دختری جوان ، سخنان استاد را یادداشت می کرد. استاد در ضمن بیاناتش گفت: "من از دل ذره ، آفتاب بیرون می‌آورم."

دختر جوان این سخن استاد را با مسرت پذیرفت و با خود چنین اندیشید: علم قدرتی دارد که حتی تصور آن برای ما لذت‌بخش است. دانشمندان بزرگ گفته‌اند که جهان ، همچون کتاب بزرگی است که در هر سطرش رازی نهفته دارد. مردم ، کلمات این کتاب را خوانده و متحیر می‌شوند، ولی دانشمندان با مطالعه آن ، پرده از راز طبیعت برمی‌دارند. 

تاریخچه

دختر جوان ، اهل کشور لهستان بوده و ماری نام داشت. وی در شهر ورشو ، پایتخت لهستان در خانواده‌ای فقیر به دنیا آمد و در همان شهر ، تحصیلات دبیرستان خود را به اتمام رسانید. سپس با مشکلات اقتصادی زیادی در دانشگاه پاریسبه تحصیل ادامه داد.وی اتاق کوچکی داشت و چون هزینه برق زیاد بود، شب‌ها به کتابخانه‌ای می‌رفت و تا دیر وقت در نور و گرمای کتابخانه به مطالعه می‌پرداخت. 

پیوند علمی یا پیوندی ناگسستنی

ماری در سال چهارم دانشگاهش در پاریس با دانشمند جوانی به اسم "پیر کوری" آشنا شد. این آشنایی ، ریشه دار شد و این دو جوان شیفته علم را به هم پیوند داد. در سال 1895 این دو دانشمند ، پیوند زناشویی بستند و از آن پس ، ماری راماری کوری نامیدند. 

پایان نامه ماری کوری

ماری کوری برای اخذ گواهینامه پایان تحصیلاتش با راهنمایی همسرش بر روی عناصری که بعدها مواد رادیو اکتیو نام گرفتند، به تحقیق پرداخت. وی پایان نامه خود را با آزمایش درباره یگانه عنصر رادیو اکتیو شناخته شده آن زمان ، آغاز کرد . او در تحقیقاتش به این نتیجه رسید که پرتوزایی در سنگ معدنی اورانیوم از خود اورانیوم بیشتر است. بنابراین ، وجود عناصر ناشناخته با شدت تشعشعی بالا را در سنگ اورانیوم حدس زد.

حدس ماری پس از انجام آزمایشاتی به تحقق پیوست و او اسم آن عنصر را "رادیوم" گذاشت. به زودی معلوم شد که می‌توان رادیوم را در صنعت و پزشکی بکار گرفت. گروهی از مهندسان آمریکایی می‌خواستند تکنیک به دست آوردن رادیوم را از دانشمندان جوان بخرند، اما آنها با چشم پوشی از مسایل مالی ، روش به دست آوردن رادیوم را منتشر کردند. 

صعود ماری کوری به قله دانش

در سال 1903، فرهنگستان علوم سوئد به پیر کوری ، جایزه نوبل داد. اندکی بعد وی استاد دانشگاه پاریس شد و ماری کوری نیز ریاست آزمایشگاه فیزیک را در دانشگاه پاریس عهده دار شد. این دو دانشمند دو دختر داشتند. البته زمان زیادی نگذشت که پیر کوری در تصادفی کشته شد و ماری کوری به سوگ همسرش نشست.

بعد این حادثه ناگوار به پیشنهاد هیأت دانشگاه در جای همسرش به تدریس پرداخت و تا آن زمان هیچ زنی چنین رتبه علمی نداشت. ماری هنگام تدریس در دانشگاه ، تحقیقات خود را درباره رادیوم تکمیل کرد و در سال 1911 دومین جایزه نوبل از طرف فرهنگستان علوم سوئد به وی عطا شد. 

قاتل نامرئی ماری کوری که بود؟

ماری کوری در سال 1934 در پاریس در گذشت. مرگ وی برای پزشکان حیرت انگیز بود که چه مرضی او را از پای درآورده بود؟ ماری چندین سال با رادیوم کار کرده و در معرض تشعشعات آن قرار گرفته بود. پزشکان بر این عقیده بودند که قاتل نامرئی وی رادیوم بوده است. 

ارزش‌های اجتماعی و اخلاقی ماری کوری

زندگی این بانوی برجسته که دو جایزه نوبل گرفت، سرشار از امید و تلاش بود. وی ابتدای دوران جوانیش را با زندگی دشواری شروع کرد و در سایه سعی و تلاش به بزرگترین مقام علمی جهان رسید. هیچ گاه شهرت و مقام او را فریفته نکرد و با وجود مقام بلند علمی در خانه ، کدبانو و مادری مهربان بود. اینیشتین درباره او گفته است : "ماری کوری یکی از نام آورترین کسانی است که نام و آوازه او را نفریفت."

ماری کوری

تولد کوری

ماری کوری در سال 1867 با نام "ماریا اسکلو دووسکا" در ورشو پایتخت لهستان متولد شد. 

آشنایی با پیر کوری

او در سن 19 سالگی به پاریس رفت تا در آنجا به تحصیل در رشته شیمی بپردازد. در آنجا با فیزیکدان جوان فرانسوی به نام پیر کوری آشنا شد. این آشنایی به ازدواج انجامید. او به پیر کوری در انجام آزمایشهای عملی‌اش درباره الکتریسیته کمک می‌کرد. 

شروع فعالیت آزمایشگاهی ماری کوری

زمانی که ماری کوری در سال 1895 در انباری چوبی کوچکی که آزمایشگاه او بود شروع بکار کرد، نه او و نه هیچ کس دیگر چیزی در باره عنصر شیمیایی رادیم نمی‌دانست و این عنصر هنوز کشف نشده بود.

البته یکی از همکاران پژوهشگر پاریسی و فیزیکدان فرانسوی ، "هانری بکرل" ، در آن زمان تشخیص داده بود که عنصر شیمیایی اورانیوم ، پرتوهایی اسرار آمیز نامرئی از خود می‌افشاند. 

کشف هانری بکرل

بکرل به طور اتفاقی یک قطعه کوچک از فلز اورانیوم را بر روی یک صفحه فیلم نورندیده که در کاغذ سیاه پیچیده شده بود گذاشته بود. صبح روز بعد مشاهده کرد که صفحه فیلم درست مثل این که نور دیده باشد سیاه شده است.بدیهی بود که عنصر اورانیوم ، پرتوهایی را از خود ساطع کرده بود که از کاغذ سیاه گذشته و بر صفحه فیلم اثر کرده بودند.

بکرل این فرآیند را دوباره با سنگ معدنی که سنگی سخت و سیاه قیرگون است و از اورانیوم بدست می‌آید ، تکرار کرد. این بار ، اثری که سنگ بر روی صفحه فیلم گذاشته بود، حتی از دفعه قبل هم قوی‌تر بود. بنابراین می‌بایست به غیر از عنصر اورانیوم ، یک عنصر پرتوزای دیگر هم در سنگ وجود می‌داشت.

او ، فرضیه خود را با خانواده کوری که با او دوست بودند مطرح کرد. آنها نیز این راز را هیجان انگیز یافتند، این چه پرتوهای نادری بودند که در اشیایی که پرتوههای نوری معمولی از آنها عبور نمی‌کرد، نفوذ می‌کردند و از میان آنها می‌گذشتند؟ 

تلاش خانوادگی برای یک کشف بزرگ

در آن زمان ، "پیرکوری" در مدرسه فیزیک تدریس می‌کرد. ولی او تمام وقت آزاد خود را بکار می‌برد تا به همسرش در آزمایشهایی که انجام می‌داد کمک کند.رئیس مدرسه فیزیک یک انباری مخروبه کنار حیاط مدرسه را در اختیار آنها گذاشت.این انباری تنها فضایی بود که آنها می‌توانستند بدون هزینه ای دریافت کنند و بنابراین آن را قبول کردند. 

زباله‌های باارزش

قدم بعدی این بود که سنگ معدنی سیاه را تهیه کنند. اگر می‌خواستند اقدام به خرید آن کنند، خیلی گران تمام می‌شد. آنها بطور اتفاقی اطلاع یافتند که دولت اطریش هزاران کیلو از این سنگها دارد که چون اورانیومش را جدا کرده‌اند آنها را بی‌ارزش می‌دانند.

چون خانواده کوری دنبال اورانیوم نبودند بلکه عنصر ناشناخته جدیدی را جستجو می‌کردند، این زباله‌ها را درست همان چیزی یافتند که به آن نیاز داشتند.ماریو پیر کوری این توده های کثیف را با بیل ، درون دیگهای بزرگی می‌ریختند. آنها را با مواد شیمیایی مخلوط می‌کردند و بر روی یک اجاق قدیمی چدنی حرارت می‌دادند. دود سیاه خفه کننده و بدبوی غلیظی که از دیگها برمی‌خواست ، نفس آنها را تقریباٌ بند می‌آورد و اشک چشم انشان را سرازیر می‌کرد. 

مطالعه پرتو بکرل

با مراجعه به یادداشتهای قطور آزمایشگاهی ماری و پیرکوری معلوم می‌شود که آن دو نفر از 16 دسامبر 1897 به مطالعه درباره پرتو بکرل یا پرتو اورانیومپرداختند. در آغاز، ماری فقط به این کار مشغول شد ولی از 5 فوریه 1898 ، پیر هم به او ملحق شد.پیر به اندازه‌گیری‌ها و بررسی نتایج پرداخت.

آن دو نفر عمدتاٌ شدت پرتوهای کانی‌ها و نمکهای مختلف اورانیوم و اورانیوم فلزی را اندازه‌گیری می‌کردند. نتیجه تجربه‌های زیاد آنان این بود که ترکیبات اورانیوم ، کمترین رادیواکتیویته را داشتند. رادیواکتیویته اورانیوم فلزی از آنها بیشتر بود و کانی اورانیوم که معروف به پشبلند بود بیشترین رادیو اکتیویته را داشت. این نتایج نشان داد که احتمالاٌ،‌ پشبلند محتوی عنصری است که رادیواکتیویته‌اش خیلی بیش از رادیواکتیویته اورانیوم است. 

ارائه نظریه

در 12 آوریل 1898 کوری ها نظریه خود را به آکادمی علوم پاریس گزرش کردند. در 14 آوریل، کوری ها با همکاری "لمون" شیمیدان فرانسوی ، به جستجوی عنصر ناشناخته مزبور پرداختند. نتیجه گرانبهای این کار پرزحمت و طاقت‌فرسا تنها چند قطره از ماده‌ای بود که آنها این ماده را در لوله‌های شیشه‌ای آزمایشگاهی نگهداری می‌کردند.

بر اثر این کارهای طاقت‌فرسا در نخستین زمستان ، ماری کوری دچار نوعی عفونت و التهاب ریوی شد و تمام فصل را مریض بود. ولی پس از بهبودی ، کار پختن مواد در دیگها را در آزمایشگاه از سر گرفت. پس از آن، نخستین دخترش به نام ارینه متولد شد.

پیر و ماری کوری در ماه جولای(مرداد ماه) همان سال توانستند این مسئله را اتشار دهند که سنگ معدن به غیر از اورانیوم، دو عنصر پرتوزای دیگر را نیز در خود دارد. نخسیتن عنصر را به یاد محل تولد و بزرگ شدن ماری کوری که لهستان بوده ‌است، پولونیوم نامیدند و دومین عنصر را که اهمیت زیادی داشت رادیومنامیدند که از واژه لاتین به معنی "پرتو" الهام می‌گرفت. 

تولد رادیم

در 26 دسامبر 1898(5 دی ماه 1277) اعضای آکادمی علوم پاریس، گزارشی تحت عنوان "درباره ماده شدیدآٌ رادیواکتیوی که در پشبلند وجود دارد" انتشار دادند و این روز تاریخ تولد رادیوم است. پیدایش رادیوم در میان عناصر رادیو اکتیو طبیعی تقریباٌ به فوریت ثابت کرد که این عنصر مناسبترین عنصر رادیو اکتیو برای بسیاری کارهاست. بزودی معلوم شد که نیمه‌عمر رادیوم نسبتاٌ زیاد است(1600 سال). کشف رادیوم موجب دگرگونی‌های اساسی در دانش بشر درباره خواص و ساخت ماده شد و منجر به شناخت و دستیابی به انرژی اتمی شد. 

اولین جایزه نوبل

خانواده کوری بهمراه بکرل بخاطر کشفی که پس از آن همه کار طاقت‌فرسا به آن نائل شدند در سال 1903 جایزه نوبل در فیزیک را از آن خود کردند و به این ترتیب توانستند وامهایی را که برای کارهای پژوهشی طولانی خود گرفته بودند ، پرداخت کنند. 

دومین جایزه نوبل

پیر کوری در سال 1906 در 47 سالگی بعلت تصادف با اتومبیل درگذشت. مادام کوری پس از مرگ شوهرش به مطالعات خود ادامه داد و در سال 1910 موفق به تهیه رادیوم خالص گردید. در این هنگام استاد سوربون و عضو آکادمی طب شد و در سال 1911 برای دومین بار به دریافت جایزه نوبل نائل شد.

ماری کوری به غیر از "لیونس پاولینگ" برنده جایزه نوبل در شیمی در سال 1954 و برنده جایزه صلح نوبل در سال 1962 تنها انسانی است که دو بار این جایزه ارزشمند را از آن خود کرده است. 

مرگ مادام کوری

مادام کوری در 4 ژوئیه 1934 یعنی 28 سال بعد از مرگ شوهرش و در سن 67 سالگی درگذشت. 

دستاورد کشف کوری

این واقعیت که پرتوهای رادیم می‌توانند بافتهای زنده اندامها را از بین ببرند،بعنوان مهمترین دستاورد کشف کوری‌ها مشخص گردید.پزشکان و پژوهشگران علوم پزشکی بزودی دریافتند که به این وسیله می‌توانند غده ها و بافتهای بدخیم را که در سرطان و همچنین بیماریهای پوستی و غدد ترشحی بروز می کنند، از بین ببرند.

بسیاری از بیماران سرطانی که توانسته‌اند با موفقیت معالجه شوند و از مرگ نجات یابند، عمر دوباره و سلامتی خود را مرهون تلاشهای ایثار گرانه و خستگی‌ناپذیر و انگیزه والای این زن بی‌همتا هستند.

شیمی در خدمت پخت و پز

عمل پختن

در بسیاری ازموارد ، عمل پختن شامل دی پلیمرپزاسیون (Depolymerizathon) پروتئینها یا هیدراتهای کربن توسط حرارت دادن و هیدرولیز آنها است. دی پلیمرپزاسیون به معنی تکه تکه شدن زنجیر پلیمری به زنجیرهای کوتاهتر است.

پلیمرهایی که در صورت موثر بودن عمل پخت باید (دی پلیمر) شوند شامل مواد هیدرات کربنی دیواره سلولی در سبزیجات و کالوژن (Collagen) یا بافت پیوندی ( Connecthve tissues) در گوشت هستند. هر دو نوع این پلیمرها در آب گرم یا گرمای مرطوب تحت عمل ئیدرولیز قرار گرفته و دی پلیمره می‌شوند. در هر حال یک دی پلیمریزاسیون جزئی ، مورد نیاز است 

مزیت عمل پختن

باید توجه داشت که هدف از پختن غذا تهیه یک ظرف پر از گلوکز به جای نان پخته شده و یا یک دیگ مملو از اسید‌های آمینه بجای گوشت سرخ شده نیست. اما هیدرولیز جزیی نشاسته مقداری گلوکز آزاد می‌کند که یک طعم شیرین‌تر به غذا می‌بخشد. در ضمن همین عمل ، دی پلیمریزاسیون جزئی می‌تواند تعداد زیادی از پیوندهای شیمیایی را که باید شکسته شوند تا غذا هضم شود، بشکند. 

به بیان کلی ، می‌توان چنین گفت که غذای پخته شده ، راحتر هضم می شود. چون غذای مورد نظر به منوساکاریدها یا اسیدهای آمینه خرد شده است. 

ضرر عمل پختن طولانی مدت

اگر شرایط پخت شدید باشد، بسیاری از مواد غذایی از جمله ویتامینها از بین می‌روند. 

اولین منظور از پختن

اولین منظور از پختن ، از بین بردن باکتریهای مضر است. گرچه در عمل ممکن نیست که این روش صد درصد موثر باشد، ولی در پختن معمولی ، حرارت معمولا به اندازه‌ای است که برای گسستن دیواره‌های سلولی اغلب باکتریها کافی‌است. 

عمل پختن و آزاد شدن دی‌اکسید کربن

در بعضی موارد ، عمل پختن باعث انجام واکنشهای شیمیایی خاصی می‌شود که حاصل آن ، آزاد شدن گاز دی‌اکسید کربن است. گاز دی‌اکسید کربن ، باعث (ور آمدن) نانها و شیرینیها می‌شود. عاملی که باعث ایجاد دی‌اکسید کربن  و تولید حبابهایی با استفاده از خمیر ترش ، در نان می‌شود. همان اعمال متابولیک خمیر ترش است که باعث تورم نان می‌شود و این امر باعث ایجاد قرص براق نان می‌گردد. البته گاز دی‌اکسید کربن در حین عمل پختن می‌تواند توسط سایر فرایندها هم تولید شود. به عنوان مثال بی‌کربنات سدیم در اثر حرارت با اجزا و عناصر موجود در خمیر واکنش می‌دهد و تولید دی‌اکسید کربن می‌کند. 

 

ترکیبات پودر کیک

پودر کیک شامل بی‌کربنات سدیم و یک نمک اسیدی یا نمکی است که در نتیجه فرایند هیدرولیز ، اسید تولید می‌کند. بعضی از ترکیبات بکار رفته برای این منظور عبارتند از :

• پتاسیم هیدروژن تارتارات .

• کلسیم دی هیدروژن فسفات منو هیدرات  .

• سدیم اسید پیرو فسفات .

واکنش این پودرهای سفید نمک با بی‌کربنات سدیم شبیه هم هستند. گرچه این ترکیبات دارای ظاهری متفاوت هستند. 

مزه گوشت

مزه گوشتها ناشی از مقادیر متنابهی هیدروکربور و پروتئین مشتق شده از پورین و پریمیدین دو (نوع اسید آمینه) می‌باشند. تمامی نوکلئو پروتئینها بر اساس ساختمان (پورین) تشکیل شده‌اند. ترکیبات مختلف پورین موجود در گوشت جمعا مزه گوشت را ایجاد می‌کنند. ولی پورین‌ها بی تردید در حین درست کردنسوپ یا سایر غذاهای آبکی ، توسط آب از گوشت، خارج می‌شوند. 

بوی ماهی گندیده

بوی ماهی گندیده مربوط به وجود اکسید تری‌متیل آمین در غضروف ماهی می‌باشد. در همان موقعی که ماهی شروع به فاسد شدن می‌کند، این ترکیب بتدریج تبدیل به ماده فوق‌العاده بودار تری‌متیل آمین می‌شود. 

نرم کننده گوشت

اینگونه مواد در واقع آنزیم‌هایی هستند که به صورت کاتالیزور عمل نموده و باعث شکسته شدن پیوندهای پپتیدی پروتئینها (به صورت هیدرولیز) در دمای اتاق می‌شوند و در واقع همان نتایج حاصل از پختن معمولی در زمان خیلی کوتاه مشاهده می‌شود. نرم کننده‌های گوشت غالبا از فراورده‌های گیاهی مثل پاپاین(Papain) که یک الاستین و یک کالوژن دارد و اعمالی هم روی رشته‌های پروتئینی ماهیچه نشان می‌دهد، تشکیل شده است که از طرف دیگر آنزیمهای موجودات ابتدایی کوچک (باکتریها یا قارچها یا هر دو) تاثیرات قابل ملاحظه‌ای بر روی تارهای ماهیچه دارند. 

فرمول نرم کردن گوشت گاو

1. 2% پاپاین تجارتی

2. 5% قارچهای ابتدای

3. 15% دکستروز

4. منوسدیم گلوتامیک و نمک

شامپو

فرمول کلی

اکثر شامپوها دارای فرمول یکسان سدیم لوریل اتر سولفات و تری اتانول آمین لورین سولفات هستند. بنابراین اکثر شامپوها کار مشترکی انجام می‌دهند.بجز برخی از شامپوها که مصارف خاصی دارند. 

نظر پزشکان در مورد نوع شامپوها

پزشکان متخصص پوست و مو ، اتفاق نظر دارند که نوع شامپو هیچ تاثیری در کاهش ریزش مو و یا پیشگیری از ریزش مو ندارد. غلظت زیاد (که تنها با افزودن بیشتر موادی مثل نمک طعام ایجاد می شود) ، عطر و بوی دل‌انگیز ، رنگهای متنوع و شکل و حالت صدفی مانند ، روشهایی هستند که از نظر روانی تاثیر بسزایی برای جلب مشتری دارند. 

اجزای تشکیل دهنده شامپو

• عامل پاک کننده : عامل پاک کننده باعث جدا شدن ذرات چرک و کاهش چربی از سطح مو می‌شود که خود ، شامل 3 دسته مواد فعال سطحی آنیونی (مثل سدیم لوریل اتر سولفات و تری اتانول آمین سولفات) ، آمفوتری (ثل بتاتین کوکو آمیدو پروپیل) و غیر یونی هستند.

• عامل تقویت کننده کف : عامل تقویت کننده کف (مثل بتاتین) باعث ایجاد کف غلیظ مقاوم می‌شوند.

• عامل حالت دهنده مو : عامل حالت دهنده مو باعث می‌شود مو به آسانی شانه شود و هنگام شانه کردن به هوا بلند نشود.

• عامل نگهدارنده : عامل نگهدارنده مو را از مواد ضدعفونی کننده و میکروب کش نگه می‌دارد.

مواد جانبی تشکیل دهنده شامپو

• عامل صدفی کننده : عامل صدفی کننده (مانند اتیلن گلیکول) به شامپو حالت و شکل صدفی می‌دهد.

• عامل غلیظ کننده : عامل غلیظ کننده (مثل نمک طعام) باعث غلیظ شدن شامپو می‌شود.

عامل رنگ و مو

عوامل بالا ، مواد تشکیل دهنده عموم شامپوها می‌باشند. اما علاوه بر این مواد ، گاهی مواد دیگری هم به شامپوها زده می‌شود که چند نمونه از این مواد عبارتند از:

• حنا : حنا خاصیت ضدمیکروبی دارد و برای رفع بیماری پوستی مناسب است.

• بانونی : بانونی خاصیت ضدمیکروبی و ضدقارچی دارد ، باعث طلایی جلوه دادن مو می‌شود. همچنین تقویت کننده پوست و مو است.

• سدر : سدر برای تقویت مو و دفع شوره سر مناسب است. سدر همچنین ضدعفونی کننده است و مقاومت عفونت‌های پوستی را افزایش می‌دهد.

• کتیرا : کتیرا خاصیت تقویت کنندگی برای پوست و مو ندارد و به منظورهای غیر ضروری مانند غلیظ شدن شامپو به آن اضافه می‌شود.

انواع شامپو بر اساس نوع مو

شامپوها بر اساس نوع مو به چرب ، معمولی و خشک تقسیم می‌شوند. شامپو برای مو‌های چرب ، باید دارای قدرت پاک کنندکی بیشتر و روغن کمتر باشد. شامپو برای موهای خشک دارای مقداری نرم کننده است. موهای چرب باید هر روز ، موهای معمولی یک روز در میان و موهای خشک دو سه روز در میان شسته شوند. 

شامپوهای طبی

گفته شد که کارکرد و توانایی شامپوهای مختلف در حفظ موها تفاوت زیادی ندارند. اما برخی از شامپوها ساختمان متفاوتی دارند و کاربرد‌های آن بخصوص است، مثل شامپوهایی که جنبه دارویی و طبی دارند. از جمله این شامپوها می‌توان به شامپوهای ضد التهاب و ضد جوش ، شامپوهای ضد قارچ و ضد شوره ،شامپوهای درمان کننده جوش سر ، شامپوهای التیام دهنده پوست و تسریع کننده ایجاد بافت اشاره کرد. 

داروسازی

علوم مرتبط داروسازی

• علوم پایه پزشکی و داروسازی: علوم مرتبط و علوم اضافه شده

• آناتومی: مطالعه ساختمان فیزیکی موجودات زنده می‌باشد. در مقابل آناتومی ماکروسکوپی یا آناتومی گیاهی، سیتولوژی و هیستولوژی یا بافت شناسی، درباره ساختمانهای میکروسکوپی می‌باشند.

• شیمی حیات: مطالعه شیمی موجود در موجودات زنده، بخصوص درباره ساختمان و عملکرد اجزا شیمیائی آنها می‌باشد.

• بایواثیک: میدان مطالعه‌ای از جنبه فلسفه و مذهب در مورد ارتباط بیولوژی، علم، داروسازی و اخلاق می‌باشد.

• بایواستاتیک

• سلول شناسی: مطالعه میکروسکوپی یاخته‌های منفرد می‌باشد.

• امبریولوژِی یا جنین شناسی: مطالعه توسعه اولیه موجودات زنده می‌باشد.

• اپیدمولوژی: مطالعه دموگرافی روند بیماری می‌باشد، و شامل مطالعه همه‌گیریها می‌باشد، هر چند به این محدود نمی‌شود.

• سلامت عمومی

• ژنتیک: مطالعه ژنها، و نقش آنها در توارث بیولوژیکی.

• هیستولوژی: مطالعه ساختمانهای بافتهای بیولوژی با میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی می‌باشد.

• ایمنی شناسی: مطالعه سیستم ایمنی می‌باشد، که به طور مثال در انسان شامل سیستم ایمنی مادرزادی و ... می‌باشد.

• میکروبیولوژی: مطالعه میکروارگانیزمها است که شامل protozoa، باکتری ، fungi و ویروسها می‌باشد.

• عصب شناسی: موضوعی است که به بررسی مکانیسمهای اثر دارو، پاسخ بدن به دارو را روشن می‌کند.

داروسازی صنعتی (چگونگی تهیه داروها)

تولید دارو در مقیاس بسیار زیاد را "داروسازی صنعتی"می‌نامند. وقتی یک ماده شیمیایی که احتمال دارد اثر دارویی داشته باشد و در آزمایشگاه سنتز شد، برای آزمایشهای بالینی حیوانی و انسانی فرستاده می‌شود، از آنجایی که این آزمایشها بر روی تعداد محدودی صورت می‌پذیرد، مقدار داوری لازم را در همان آزمایشگاه می‌توان تهیه نمود. وقتی یک دارو از تمامی آزمایشهای بالینی موفق بیرون آمد و اجازه ورود به بازار را گرفت، باید آن را در مقادیر خیلی زیاد یا اصطلاحا در مقیاس صنعتی تولید نمود. این اولین مرحله دشوار کار است، چرا که در بسیاری از موارد روشهای آزمایشگاهی، برای مقادیر بسیار زیاد قابل اجرا نیستند و باید برای یک تولید در مقیاس صنعتی یک روش خاص صنعتی پیدا کرد. 

بارها دیده شده است، سنتر جسم در آزمایشگاه با راندمان بسیار بالا انجام گرفته ولی چندین سال طول کشیده تا روش صنعتی آن بدست آید و چه بسا آن دارو برای تولید صنعتی مقرون به صرفه تشخیص داده نشده است. پس برای تبدیل یک سنتز آزمایشگاهی به تولید صنعتی تحقیقات جدید را باید از ابتدا شروع کرد. مدیریت یک کارخانه پس از تعیین روشهای تولید صنعتی یک دارو، پا به مرحله بعدی می‌گذارد که مرحله تهیه مواد اولیه برای تولید صنعتی یک داروی خاص می‌باشد. مهمترین ماده، همان ماده شیمیایی است که اثر دارویی دارد و اصطلاحا آن را "ماده موثر" می‌نامند. به دلایل گوناگون فیزیک و اینکه دارو به چه شکلی (قرص، کپسول، شربت و..) باید تهیه شود، مواد دیگری را همراه ماده موثر می‌کنند. که آنها را "مواد جانبی" می‌نامند. حال این مساله که ماه موثر و مواد جانبی چگونه و به چه نسبت باید با هم مخلوط شوند تا یک شکل دارویی با شرایط مناسب را بدست آورند، خود فصلی جدید در تحقیقات است، که یک کارخانه یا خود مستقیما به نتیجه می‌رسد و یا روشهای دیگر کارخانجات را از آنها خریداری می‌نماید، همچنانکه کارخانه‌های تولید مستقیم ماده موثره می‌تواند آن را از مراکز دیگر خریداری نماید. 

در سفارش تهیه مواد اولیه تمامی مواد از قبیل ماده موثره و مواد جانبی در نظر گرفته می‌شوند. البته خرید مواد نیز مسائل مربوط به خود را دارد. مساله بسیار مهم در امر سفارش و خرید، در نظر گرفتن زمان است. چون برنامه تهیه مواد اولیه معمولا چندین ماه به طول می‌انجامد، باید دقت نمود تا زمان سفارش متناسب با زمان‌بندی تولید باشد. مثلا اگر تهیه مواد اولیه تولید یک دارو شش ماه طول می‌کشد، باید شش ماه قبل از تاریخ تولید طبق زمان‌بندی، سفارش مواد انجام شود. البته کارخانجات معمولا در هر مرتبه سفارش مواد، برای تولیدات دو تا سه سال خود، ماده را تهیه می‌نماید. هنگامی که تمامی مواد اولیه موجود باشد، کار تولید را می‌توان شروع کرد. تولید، با توجه به خصوصیات فیزیکی و شیمیایی ماده موثره و مواد جانبی و همچنین شکل دارویی که باید تولید شود، می‌تواند به روشهای گوناگون و با دستگاههای متفاوتی صورت پذیرد. به همین علت کارخانجات به بخشهای کوچکتری تقسیم می‌شوند و هر بخش مسئول تهیه یک نوع فرآورده است. مثل بخشهای قرص، کپسول، شربت، محلولهای تزریقی، کرم و پماد، آمپول و ... . 

داروسازی بالینی

داروسازی بالینی یکی از شاخه‌های داروسازی است که در ایران از رشته‌های تخصصی داروسازی محسوب می‌شود و بیشتر در زمینه مشاوره دارویی برای پزشکان فعالیت دارد. پزشکان متخصص می‌توانند پاسخ سوالات تخصصی دارویی خود را از داروسازان بالینی دریافت کنند. این رشته نیز مانند رشته پزشکی به زیر شاخه‌های متعدد از قبیل کودکان، عفونی، داخلی، مراقبتهای ویژه و غیره تقسیم می‌شود. امروزه در دنیا به تعداد تخصصهای پزشکی موجود، تخصصهای داروسازی بالینی به وجود آمده است. هدف از این رشته "مصرف بهینه دارو" یا به عبارتی جایگزین نمودن داروهای تجویز شده با داروهای بهتر، کاهش مصرف اقلام دارویی، تغییر مقادیر مصرف دارو (کم یا زیاد کردن مقدار مصرف دارو) می‌باشد. مصرف بهینه فقط کم مصرف کردن نیست بلکه درست مصرف کردن است. 

برخی از وظایف این گروه از متخصصین عبارتند از: بررسی تاریخچه دارویی بیمار، نظارت بر مصرف صحیح دارو توسط بیمار، بررسی عوارض جانبی داروها و گزارش آنها، پیگیری غلظتهای دارویی در بیماران برای جلوگیری از مسمومیتها، دستیابی به دوز صحیح درمانی (پایش) و کم کردن مدت بستری شدن بیماران و ارائه مشاوره دارویی به پزشکان. 

داروسازی رشته‌ای بالینی است، زیرا داروساز با بیمار سروکار دارد و آخرین حلقه زنجیره درمانی است. داروخانه محلی است که در آنجا داروساز می‌تواند اطلاعات لازم را در اختیار بیمار قرار دهد تا با مصرف صحیح دارو به نتیجه مطلوب درمانی دست یابد. از همین رو، یکی از اهداف گروه داروسازی در دراز مدت این است که دوره عمومی داروسازی را به سمت داروسازی بالینی سوق دهد تا داروسازانی که به مردم خدمات دارویی ارائه می‌دهند، کارآیی لازم برای پاسخگویی به سوالات بالینی بیماران را داشته باشند و در ضمن بتوانند با پزشکان ارتباط بهتری برقرار کنند و تبادل نظر نزدیکتری با پزشکان و سایر حرف پزشکی داشته باشند. اینها همه، با تغییر در آموزش داروسازی مقدور خواهد بود. در برنامه‌ریزی آموزش داروسازی، که دو سال گذشته مورد بازنگری قرار گرفته است، آموزش موادی تحت عنوان "داروسازی جامعه‌نگر" منظور شده است که در آینده به اجرا در خواهد آمد. 

داروساز بالینی می‌تواند خدمات بسیاری در سطح بیمارستانها ارائه دهد. در حال حاضر در کشور ما در برخی از بیمارستانهای تهران از جمله بیمارستان دکتر شریعتی، بیمارستان روزبه و تا حدودی در بیمارستان امام خمینی این خدمات با همکاری پزشکان و داروسازان ارائه می‌شوند. 
مشکل داروسازی در کشور ما عدم توسعه داروسازی بیمارستانی است. داروخانه‌ها، بیشتر شبیه انبار دارویی هستند و بیمارستانها برای ارائه خدمات دارویی در داروخانه‌هایشان سرمایه‌گذاری نکرده‌اند، در نتیجه این موضوع در ارائه خدمات بالینی اثر منفی به جای گذاشته است، زیرا برای داشتن خدمات دارویی بالینی خوب، ناچار به داشتن داروخانه بیمارستانی خوب و همچنین داروساز بیمارستانی هستیم. قابل ذکر است که با سرمایه گذاری روی داروسازی بالینی و داروسازی بیمارستانی به دلیل کاهش مدت بستری بیمار در بیمارستان، بازگشت نیروی کار به جامعه، و مصرف بهینه دارو و کاهش هزینه‌های دارویی، در کل هزینه‌های درمانی کاسته خواهد شد. 

تاریخچه داروسازی در ایران

• در سال 1335 رشته داروسازی از دانشکده پزشکی، داروسازی دندانپزشکی، داروسازی و دندانپزشکی جدا شد و به صورت رشته ای مستقل در رئیس این دانشکده دکتر مهدی نامدار بود.

• از سال 1342 به بعد نظام آموزش داروسازی که از نظام فرانسوی اقتباس شده بود به نظام آمریکایی تبدیل شد و از سال تحصیلی 1343-1342 دروس این رشته به صورت واحدهای درسی ارائه گردیدند.

• از سال 1350 به بعد دوره تحصیلی در دانشکده‌های داروسازی به صورت 6 سال پیوسته تصویب شد که به فارغ التحصیلان پس از گذراندن پایان نامه تحقیقاتی درجه دکترای داروسازی داده میشود.

راههای تجویز دارو

داروها ممکن است از راههای مختلفی که در زیر گفته شده است تجویز شود. 
از راه زیرزبانی: قرص و یا قطره 
از راه رکتوم یا واژن: شیاف ، محلول 
از راه استمعال موضعی: مالیدنی، قطره (چشم و گوش و بینی) 
از راه استشناقی: (اسپری، اینهالر و …) 

بیشتر داروها را پزشک پس از شنیدن شرح حال بیماران از زبان خود بیمار و معاینه او، تجویز می‌شود، و برخی داروها نیز هستند که بدون نیاز به نسخة پزشک در اختیار بیماران گذارده می‌شوند مانند برخی مسکنها (مانند استامینوفن، …) و ویتامینها و بعضی شربتهای سرفه، قابل ذکر است که بیمارانی که داروها را بدون نسخه پزشک خریداری می‌نمایند اطلاع درستی از آنها ندارند و چه بسا دارویی را نابجا به کار برند و یا به علت ندانستن اثر جانبی آن دستخوش عوارض ناگواری شوند، بنابراین نباید خودسرانه و بدون مشورت با پزشک دارو مصرف کرد یا داروی خود را به دیگران توصیه کرد. لازم به ذکر است پس از مطالعه این کیف و پی بردن به اثرهای مفید درمانی و اثرهای سوء جانبی داروها، مجاز نیستند که بر اساس این اطلاعات دارویی که بر اساس این اطلاعات دارویی برای خود و دیگران تجویز کنند.