تاریخچه
این ماده را از قرنها پیش بصورت گاز در آتشکده و یا به فرم قیر (کاده ای که پس از تبخیر مواد فرار یا سبک نفت از آن باقی می‌ماند) می‌شناخته‌اند یا بطوری که در کتب مقدس و تاریخی اشاره شده است که در ساختمان برج بابل از قیر استفاده گردیده و کشتی نوح و گهواره موسی نیز به قیر اندوده بوده است. بابلی‌ها از قیر بعنوان ماده قابل احتراق در چراغها و تهیه ساروج جهت غیر قابل نفوذ نمودن سدها و بالاخره جهت استحکام جاده‌ها استفاده می‌کرده‌اند.
مدت زمان مدیدی ، مورد استعمال نفت فقط برای مصارف خانگی و یا به عنوان چرب‌کننده‌ها بود، اما از آغاز قرن شانزدهم میلادی روز به روز موارد استعمال آن رو به افزایش نهاد تا اینکه در سال 1854 دو نفر داروساز وجود یک فراکسیون سبک قابل اشتعال را در روغن زمینی تشخیص دادند و همچنین به کمک تقطیر ، مواد دیگری بدست آوردند که برای ایجاد روشنایی بکار می‌رفت. بر اساس این کار آزمایشگاهی بود که بعدا دستگاههای عظیم تصفیه نفت طرح‌ریزی و مورد بهره برداری قرار گرفت. صنعت نفت در آتازونی در سال 1859 شروع شد.
تاریخچه استخراج نفت در ایران
صنعت نفت ایران نیز از سال 1908 پس از هفت سال تفحص مکتشفین و کشف نفت در مسجدسلیمان واقع در دامنه جبال زاگرس ، پا به عرصه وجود گذاشت.
نفت خام
امروزه چاههای نفت متعددی در سراسر جهان وجود دارد که از آنها نفت استخراج می‌کنند و به نفتی که از چاه بیرون کشیده می‌شود، نفت خام می‌گویند. نفت خام را تصفیه می‌کنند، یعنی هیدروکربنهای گوناگونی را که نفت خام از آنها تشکیل شده است از یکدیگر جدا می‌کنند که به این کار پالایش نفت می‌گویند و در پالایشگاهها این کار انجام می‌شود. نفت منبع انرژی و سرچشمه مواد اولیه بسیاری از ترکیبات شیمیایی است و این دور از عوامل اصلی اقتصادی مدرن بشمار می‌رود. در صنایع جدید از ثروت بیکران و تغییر و تبدیل مواد خام اولیه آن بی‌اندازه استفاده می‌شود.
تشکیل نفت
نحوه پیدایش نفت دقیقا تشخیص داده نشده و در این مورد فرضیات گوناگونی پیشنهاد شده است. برخی از این تئوریها ، مربوط به مواد معدنی و بعضی دیگر مربوط به ترکیبات آلی می‌باشد.
تشکیل نفت از مواد معدنی
اساس این فرضیه بر این است که کربورهای فلزی تشکیل شده در اعماق زمین در اثر تماس با آب‌هایی که در زمین نفوذ می‌نماید، ابتدا ایجاد هیدروکربورهای استیلنی با رشته زنجیر کوتاه می‌کند. سپس هیدروکربورهای حاصل در اثر تراکم و پلیمریزه شدن ایجاد ترکیبات پیچیده و کمپلکس را می نماید که اغلب آنها اشباع شده است.
تشکیل نفت از مواد آلی
بر اساس این فرضیه تشکیل نفت را در اثر تجزیه بدن حیوانات در مجاورت آب و دور از هوا می‌دانند. زیرا در این شرایط ، قسمت اعظم مواد ازته و گوگردی تخریب و مواد چرب باقیمانده در اثر آب ، هیدرولیز می‌گردد. اسیدهای چرب حاصله ، تحت اثر فشار و درجه حرارت با از دست دادن عوامل اسیدی تولید هیدروکربورهائی با یک اتم کربن کمتر می‌نماید.
"انگلر Engler" از تقطیر حیوانات دریائی توانسته است مواد نفتی را تهیه نماید و با توجه به خاصیت "چرخش نوری" مواد نفتی که علت آن وجود گلسترین است (ماده ای که در بدن حیوانات وجود دارد) این فرضیه بیان و مورد تایید شده است. در صورتی که فرضیه های دیگر که مبتنی بر اساس مواد معدنی در تشکیل نفت می‌باشد، هیچگونه توضیح و دلیل قانع کننده ای در مورد این ویژگی نمی‌تواند بیان نماید.
همچنین نفت می‌تواند از تجزیه گیاهان تولید گردد. در این حالت ، خاصیت چرخش نور را به علت وجود ترکیب مشابه گلسترین یعنی پلی استرولها می‌دانند."مرازک Mrazec" ، میکروبها را در این تغییر و تبدیل موثر می‌داند.
تئوری تشکیل نفت بر مبنای مواد آلی ، فعلا بیشتر مورد قبول می‌باشد و اختلاف قابل ملاحظه‌ای را که بین ژیزمان‌ها (منابع نفتی) مشاهده می‌گردد، بعلت شرایط و عوامل مختلف تشیکل ژیزمان‌ها می‌دانند.
مواد سازنده نفت خام
مواد سازنده نفت از نظر نوع هیدروکربور و همچنین از نظر نوع ترکیبات هترواتم دار بستگی به محل و شرایط تشکیل آن دارد. بنابراین مقدار درصد مواد سازنده نفت خام در یک منبع نسبت به منبع دیگر تغییر می‌کند. بطور کلی مواد سازنده نفت شامل: هیدروکربورها- ترکیبات اکسیژنه - سولفوره - ازته و مواد معدنی می‌باشد.
خواص نفت خام
گرانی
چگالی نفتهای خام را بیشتر بر حسب درجه A.P.I به جای گرانی ویژه (چگالی نسبی) بیان می‌کنند. ارتباط بین این دو ، به گونه ای است که افزایش گرانی API با کاهش گرانی ویژه مطابقت می‌کند. گرانی نفت خام می‌تواند بین پایینتر از 10API تا بالاتر از 50API قرار بگیرد، ولی گرانی اکثر نفتهای خام در گستره بین 20 تا 45API قرار دارد. گرانی API همواره به نمونه مایع در 60 درجه فارینهایت اشاره دارد.
مقدار گوگرد
مقدار گوگرد و گرانی API دو خاصیتی هستند که بیشترین اثر را به ارزش‌گذاری نفت خام دارند. مقدار گوگرد بر حسب درصد وزنی گوگرد بیان می‌شود و بین 0,1 در صد تا 5 درصد تغییر می‌کند. نفتهایی که بیش از 0,5 درصد گوگرد دارند، در مقایسه با نفتهای کم‌گوگردتر ، معمولا محتاج فراورشهای گسترده‌تری هستند.
نقطه ریزش
نقطه ریزش نفت خام بر حسب F˚ یا c˚ معرف تقریبی پارافینی بودن یا آروماتیکی بودن نسبی آن است. هرچه نقطه ریزش پایینتر باشد، مقدار پارافین کمتر و مقدار آروماتیک بیشتر است.
حلالیت
قابلیت انحلال هیدروکربورها در آب عموما خیلی کم می‌باشد. مقدار آب موجود در هیدروکربورها با افزایش درجه حرارت زیاد می‌شود. حلالیت هیدروکربورها در کلروفرم ، سولفورکربن و تتراکلریدکربن حائز اهمیت است که با افزایش درجه حرارت ، زیاد و با افزایش وزن مولکولی کاسته می‌گردد. قابلیت انحلال آروماتیکها بیشتر بوده و بعد از آنها اولفین‌ها - نفتن‌ها - متانی‌ها قرار دارد.
ضمنا قابلیت انحلال ترکیبات اکسیژنه - ازته - سولفوره ، کمتر از هیدروکربورها می‌باشد. بالاخره نفت ، حلال هیدروکربورهای گازی‌شکل و تقریبا تمام هیدرورکربورهای جامد - گریس‌ها - رزین‌ها - گوگرد و ید می‌باشد.
نقطه جوش
نقطه جوش هیدروکربورهای خالص با وزن مولکولی و همچنین برای سری‌های مختلف با تعداد مساوی اتم کربن بترتیب از هیدروکربورهای اشباع‌شده به اولفین‌ها - نفتن‌ها و آروماتیکها افزایش می‌یابد. بدین ترتیب نقطه جوش هیدروکربورهای اشباع شده و اولفین‌ها از همه کمتر و سیکلوآلکان‌ها و آروماتیکها از سایرین بیشتر می‌باشد.
برای برش‌های نفتی که مخلوطی از هیدروکربورهای مختلف می‌باشند، یک نقطه جوش ابتدائی و یک نقطه جوش انتهایی در نظر گرفته می‌شود و حد فاصل بین این دو نقطه برای یک برش به نوع مواد سازنده اغلب زیاد و متغیر می‌باشد که به این حد فاصل بین دو نقطه "گستره تقطیر" گفته می‌شود.
گرمای نهان تبخیر
گرمای نهان تبخیر در یک سری همولوگ از هیدروکربن‌ها بترتیب از مواد سبک به سنگین کاهش می‌یابد و همچنین مقدار آن از یک سری به سری دیگر ، مثلا بترتیب از آروماتیکها به نفتن‌ها و هیدروکربورهای اشباع شده نقصان می‌یابد. بنابراین گرمای نهان تبخیر با دانسیته فراکسیون مربوط بستگی دارد.
قدرت حرارتی
قدرت حرارتی عبارت از مقدار کالری است که از سوختن یک گرم ماده حاصل می‌شود. قدرت حرارتی هیدروکربورها به ساختمان مولکولی آنها و قدرت حرارتی یک برش نفتی به نوع و مواد سازنده آن سبتگی دارد. قدرت حرارتی متان بیشتر از سایر هیدروکربورها و برابر با 13310 کیلوکالری به ازای یک کیلوگرم می‌باشد و مواد سنگین حاصله از نفت خام دارای قدرت حرارتی در حدود 10000 کیلو کالری می‌باشد.
اثر اسید نیتریک
هیدروکربورها در اثر اسید نیتریک به ترکیبات نیتره یا پلی‌نیتره تبدیل می‌شود. نیتراسیون برخی از مواد نفتی منجر به تهیه ترکیبات منفجره یا مواد رنگین می‌گردد.
موارد استعمال برخی از برش های نفتی بدست آمده از نفت خام
شیرین کردن آب دریا
یکی از موارد استعمال گازهای نفتی در صنایع وابسته به پالایشگاهها تهیه آب شیرین از آب شور می‌باشد.
به عنوان سوخت
از جمله ، بنزین برای سوخت موتورهای مختلف ، کروزون سوخت اغلب تراکتورها و ماشین‌های مورد استفاده در کشاورزی و همچنین موتورهای جت هواپیماها اغلب از کروزون یا نفت سفید می‌باشد، گازوئیل که موتورهای دیزل بعنوان سوخت از نفت گاز (گازوئیل) استفاده می‌نمایند، نفت کوره یا مازوت یک جسم قابل احتراق با قدرت حرارتی 10500 کالری بوده که بخوبی می‌تواند جانشین زغال سنگ گردد و سوختن آن تقریبا بدون دود انجام می‌گیرد.
روشنایی
از کروزون جهت روشنایی و همچنین برای علامت دادن به کمک آتش استفاده می‌شود، چون نقطه اشتعال کروزون بالاتر از 35 درجه است، لذا از نظر آتش‌سوزی خطری ندارد.
حلال
از هیدروکربورهای C4 تا C10 می‌توان برش‌هائی با دانسیته و نقاط جوش ابتدائی و انتهایی متفاوت تهیه نمود که مورد استعمال آنها اغلب بعنوان حلال می‌باشد. بعنوان مثال ، اتر نفت یک حلال سبک با نقطه جوش 75-30 درجه سانتیگراد و وایت اسپیریت (حلال سنگین) که از تقطیر بنزین بدست می‌آید بعنوان حلال ، رنگ‌های نقاشی و ورنی ها استفاده می‌گردد. همچنین برای تمیز کردن الیاف گیاهی و حیوانی و یا سطح فلزات از برش‌های خیلی فرار (تقطیر شده قبل از 110 درجه سانتیگراد) استفاده می‌شود.
روان کاری
• روغنهای چرب کننده: نوعی روغن که جهت روان کاری بکار می‌رود. بستگی به شارژ ، سرعت ، درجه حرارت دستگاه دارد. انواع روغنها عبارتند از:
1. روغن دوک برای چرب کردن دوک ، موتورهای الکتریکی کوچک و ماشین های نساجی و سانتریفوژهای کوچک
2. روغن ماشین‌های یخ سازی جهت روغنکاری کمپرسورهای آمونیاکی کارخانجات یخ‌سازی
3. روغن ماشین‌های سبک جهت روان کاری موتورهای الکتریکی ، دینام‌ها و سانتریفوژهای با قدرت متوسط
4. روغن ماشین‌های سنگین مخصوص روغنکاری موتورهای دیزلی است مانند دیزل‌های سورشارژه و غیره
5. روغن برای سیلندرهای ماشین بخار
6. روغن برای توربین ها
7. روغن برای موتورهای انفجاری (اتومبیل و غیره)
8. روغن دنده
9. روغن موتورهایی که دائما با آب در تماس است.
• گریس ها: یک روان کننده نیمه جامد است و متشکل از یک روغن نفتی و یک پر کننده (از سری صابونهای فلزی) یا سفت‌کننده (از مواد پلیمری) می‌باشد. کاربرد گریس بیشتر برای اتومبیل‌ها و برخی صنایع مناسب می‌باشد.
• آسفالت و قیراندودی: در حال حاضر 75 درصد از باقیمانده حاصل از عمل تقطیر در خلاء برای پوشش جاده‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• موارد استعمال داروئی: از قبیل وازلین باعث نرم شدن پوست بدن گردیده و برای بهبود سرمازدگی نیز موثر است.
• پارافین: از پارافین ذوب شده و خالص شده جهت ساخت داروهای زیبائی استفاده می‌گردد.
• گلیسیرین: مقدار قابل ملاحظه ای از این ماده ، از نفت تهیه می‌گردد. علاوه بر مصارفی که گلیسیرین در صنعت (برای تهیه باروت دینامیت ، مرکب و غیره) دارد، از آن برای فرم نگه داشتن پوست بدن و یا تهیه داروهائی از قبیل گلیسیرین یده استفاده می‌شود.
ادامه مطلب
فلوئور الکترونگاتیوترین عنصر جدول تناوبی است و می‌تواند با سایر عناصر ترکیب شود. این ماده در انرژی اتمی و صنایع پیشرفته کاربرد زیادی دارد. یکی از مهمترین منابع عنصر فلوئور کانی فلوئوراسپار بوده که از ترکیب این کانی با اسید سولفوریک، فلورید هیدروژن تولید می‌شود که ماده اولیه برای تولید ترکیبات فلوئور است. مهمترین ترکیبات فلوئور، آلومینیوم‌تری فلوراید و کریولیت می‌باشند که در صنایع آلومینیوم سازی از اهمیت خاصی برخوردارند. آلومینیوم‌تری فلوراید، کریستال سفید رنگی است که به عنوان مکمل الکترولیت در صنایع تولید آلومینیوم مصرف فراوانی دارد. اسم فلورین و فلوئور اسپار از کلمه لاتین Fluere به معنی جریان یا فلاکس می‌باشد. در سال 1525 استفاده از فلوئور اسپار به عنوان فلاکس مطرح گردد. از سال 1546 به بعد معادن فلورین در حد اقتصادی مورد بهره‌برداری قرار گرفت. قبل از این تاریخ تنها بلورهای درشت فلورین به عنوان زینت و برای ساختن ظروف و مجسمه در برخی از کشورها معمول بوده است.
فلورین یکی از عناصر کمیاب و نادری است که در سنگ های پوسته زمین یافت می شود. فلورین هجدهمین عنصر فراوان در پوسته زمین است و میانگین آن در پوسته زمین در حدود 300 پی پی ام است. در سال 1670 حکاکی بر روی شیشه بوسیله فلوئور اسپار ترکیب شده با اسید گزارش شد. مصرف هیدروژن فلوراید در تولید کلر و فلوئور و کربن‌ها به عنوان سرد کننده و نیز آلومینیوم فلوراید و کریولیت به عنوان کمک ذوب از سالهای 1930 شروع گردید. جنگ جهانی دوم باعث تحولات عظیمی در زمینه تولید و مصرف هیدروژن در آلکیلاسیون و تولید سوخت هواپیما و در تولید اورانیوم هگزا فلوراید به عنوان تغلیظ کننده اورانیوم گردید. آ . ای . فرسمان دانشمند روسی این عنصر را «همه چیز خور» خوانده است و بی‌شک تعداد بسیار کمی از اجسام، چه طبیعی و چه ساخته دست انسان، وجود دارند که بتوانند در برابر اثر فلوئور مقاومت کنند. سرگذشت فلوئور خود حاکی از این خصوصیت آن است. به استثنای گازهای نادر، فلوئور آخرین غیرفلزی بود که به صورت آزاد تهیه شد. یکصد سال از تاریخ پیشگویی وجود چنین عنصری گذشت تا آنکه دانشمندان قادر به تولید آن به صورت گازی شدند
. شیمیدانان در طی این دوره پانزده بار دست به تهیه آن زدند ولی هر بار کوشش‌هایشان بی‌ثمر ماند و در موارد متعددی حتی جان خود را از دست دادند. در عین حال کانی طبیعی معروف فلوئور یعنی فلورین از زمانهای بسیار دور برای هر کلکسیونر سنگی آشنا بوده است. نام این کانی بی‌ضرر در دست نوشته‌های مربوط به قرن شانزدهم هم ذکر شده است. اما وقتی برای اولین بار اسید فلوئوریدیک را ساخت. تنها چیزی که می‌دانیم این است که در سال 1670 میلادی صنعتگر نومبرگی اشتوانهارد اثر خورنده آن را بر شیشه مشاهده کرد. اشوانهارد و بسیاری دیگر پس از وی معتقد بودند که اچینگ شیشه به خاطر اسید سیلیسیک است، در حالیکه اکنون همه می دانیم این اسید فلوئوریدریک است که بر شیشه اثر می‌کند. یک قرن گذشت تا آنکه شیله آزمایشاتی بر روی فلورین انجام داد. او دو نوع فلورین سبز و سفید را مورد مطالعه قرار داد. این دانشمند نمونه‌ای پودر شده را همراه با اسید سولفوریک حرارت داد و متوجه شد که سطح داخلی شیشه ظرف آزمایش مات شد و رسوب سفید رنگی بر کف آن نشست. او چنین فرض کرد که فلورین خاک آهک داری اشباع از یک اسید نامعلوم است و با افزودن آب آهک به این اسید فلوئورینی مصنوعی، مشابه با کانی طبیعی ساخت. سال 1771 میلادی، یعنی سال جداسازی اسید فلوئوریدریک را تاریخ کشف فلوئور در نظر می‌گیرند، گرچه این تاریخ به ندرت مورد تصدیق همگان است. ماهیت اسیدی که شیله به دست آورد و در آن زمان آن را اسید سوئدی خواند نامشخص ماند. بر سر این موضوع یعنی کشف اسیدفلوئوریدریک توسط شیله در محافل علمی جنجال بود اما هر سال که می‌گذشت درستی ادعای او بیشتر آشکار می‌شد. به این ترتیب اسید فلوئوریدریک وارد طبقه‌بندی ترکیبات شیمیائی شد و دانشمندان به تدریج متقاعد شدند که این ترکیب حاوی یک عنصر شیمیائی جدید است. لاووازیه این اندیشه را وقت بخشید و رادیکال اسید فلوئوریدریک (رادیکال فلوئوریک) را به عنوان یک جسم ساده وارد «جدول اجسام ساده» کرد. البته لاووازیه به اشتباه فکر می‌کرد که این اسید حاوی اکسیژن است و این اشتباه البته قابل درک است چون در آن زمان شیمیدانان بر این باور بودند که اکسیژن جزء لاینفک همه اسیدهاست. خلوص اسید به دست آمده به روش شیله همچنان به عنوان یک مسئله برجای ماند تا آنکه در سال 1809 میلادی، گی‌لوساک و تنار اسید فلوئوریدریکی نسبتاً خالص به دست آوردند. روش کار آنها این بود که فلورین را با اسید سولفوریک در یک ظرف تقطیر سربی حرارت دادند. هر دوی این دانشمندان در طی آزمایشات خود چندین بار مسموم شدند. یک سال بعد حادثه‌ای مهم در تاریخ کودکی فلوئور روی داد. دو دانشمند معروف، دیوی انگلیسی و آ. آمپر فرانسوی هر یک مستقلاً ترکیب اسید فلوئوریدریک را عاری از اکسیژن دانستند. آنها مصرانه می‌‌اندیشیدند که این اسید ترکیبی مشابه با اسید کلریدریک یعنی ترکیبی شامل هیدروژن و یک عنصر ناشناخته است.
دیوی اولین کسی بود که سعی در به دست آوردن فلوئور خالص کرد، اما نتوانست فلوئور را به صورت آزاد تهیه کند. وی در مدت دو سال (1813 و1814 م.) تلاش دو روش را به کار برد. روش الکتروشیمیائی که تا آن زمان موجب تهیه سدیم، پتاسیم، کلسیم و منیزیم شده بود و روش اثر کلر بر فلوئوریدها. الکترولیز اسید فلوئوریدریک بی‌نتیجه بود و روش دوم نیز سودی نداشت و بیماری سختی که حاصل کار با ترکیبات فلوئور بود. دیوی را واداشت تا آزمایشهایش را متوقف کند. با همه اینها او از جمله اولین کسانی بود که با ترکیبات فلوئور بود. دیوی را واداشت تا آزمایشهایش را متوقف کند. با همه اینها او از جمله اولین کسانی بود که جرم اتمی فلوئور را تعیین کرد. (عددی که او گزارش کرد 06/19 بود). آزمایشات بی‌ثمر دیوی و بیماری او هشدار و اعلام خطری به دیگر دانشمندان بود و تقریباً به مدت بیست سال هیچ کس در جهت تهیه فلوئور آزاد تلاشی نکرد. تنها شاگرد و دستیار معروف دیوی، فارادی در سال 1834 م. (یعنی پس از مرگ دیوی) کوشید تا معمای تهیه فلوئور آزاد را حل کند اما او حتی با الکترولیز فلوئوریدهای مذاب هم نتوانست به نتیجه‌ای برسد. در مورد نام فلوئور هم باید گفت که آمپر کلمه یونانی فتورس به معنی مخرب را به خاطر فعالیت شیمیائی شدید فلوئور انتخاب کرد. اما دیوی کلمه فلوئوراین را مشابهت با کلمه «کلراین، پیشنهاد کرد که البته ما در فارسی به جای این دو، معادل فرانسه آنها یعنی فلوئور و کلر را به کار می‌بریم. در سال 1836 میلادی برادران ناکس ایرلندی به قصد حل این مشکل به میدان آمدند. آنها در طی پنج سال آزمایشات خطرناکی انجام دادند که هیچ یک به نتیجه‌ای نرسید. این دو برادر در طول کار به شدت مسموم شدند. و ر.ناکس، یکی از آنها، جان خود را از دست داد. در سال 1846 میلادی پ. لایت، دانشمند بلژیکی و سپس دانشمند فرانسوی د. نیکلس، نیز به سرنوشت برادران ناکس دچار شدند. سرانجام در سالهای 1856-1854 میلادی ای. فرمی استاد» اکول پلی تکنیک پاریس ظاهراًدر تهیه فلوئور آزاد موفق شد. او فلوئور کلسیم مذاب بی‌آب را تجزیه الکتریکی کرد و در نتیجه کلسیم فلزی بر روی کاتد رسوب کرد در حالی که در آند گازی آزاد شد که چیزی جز فلوئور نمی‌توانست باشد. اما دیدن چند حباب کافی نبود. در هر حال ای. فرمی یکی از کاشفان فلوئور است و حق او کمتر از شیله نیست. در سال 1869 میلادی دانشمند انگلیسی جی. گور مقادیر کمی فلوئور آزاد کرد که بلافاصله با هیدروژن واکنش انفجار آمیزی نشان داد. به همین ترتیب ده محقق دیگر به امید تهیه فلوئور آزاد دست به کار شدند که نام آنها در تاریخ ثبت شده است. سرانجام لحظه‌ای فرا رسد که ا. مواسان سرنوشت فلوئور را در دستهای خود گرفت.
او ابتدا خطاهای پیشینیان خود را تحلیل کرد و به روشنی دریافت که کوششهای فارادی، ای. فرمی و جی. گور به این خاطر به شکست انجامیده است که آنها نمی‌توانسته‌اند بر میل ترکیبی شدید فلوئور که باعث ترکیب شدید و آنی فلوئور با هر چیزی، از جمله مصالح مصرفی در ساخت ابزار آزمایشگاه، می‌شود فائق آیند. مواسان همچنین بر اشتباه آن دسته از محققین که سعی در جدا کردن فلوئور به وسیله اثر کلر بر فلوئوریدها داشتند واقف بود و می‌دانست که کلر باید اکسید کننده ضعیف‌تری در مقایسه با فلوئور باشد. مواسان مشکل جدا کردن فلوئور را با استفاده از ظرفی یو شکل حل کرد. او ابتدا از ظرفی پلاتینی استفاده کرد اما بعد به این نتیجه رسید که ظرف مسی باید بسیار مناسب‌تر باشد زیرا نه فلوئور می‌تواند بر فلوئورید مس تشکیل شده بر سطح مس اثر کند و نه فلوئوریدها با آن ترکیب می‌شوند. مواسان این ظرف U شکل مسی را از اسید فلوئوریدریک بی‌آب پر کرد و مقدار کمی بی‌فلوئورید پتاسیم به آن افزود تا محلول هدایت الکتریکی پیدا کند. این ظرف را در یک مخلوط سرد کننده در دمایC °25- قرار داد و الکترودهای پلاتینی را از درون درپوشهای فلوئورید کلسیم به ظرف وارد کرد. در اثر الکترولیز هیدروژن در کاتد و فلوئور در آند آزاد شد و او فلوئور را در لوله‌های مسی جمع‌آوری کرد. در روز 26 ژوئن 1886 میلادی ”مواسان“ اولین آزمایش موفقت آمیز خود را که ضمن آن در اثر واکنش فلوئور با سیلسیم شعله‌ای مشاهده کرد انجام داد. پس از آن گزارش محترمانه‌ای به آکادمی علوم پاریس فرستاد و در آن نظرات مختلفی که در مورد ماهیت این کار امکان داشت مطرح شود درج کرد. ساده ترین این نظرات این بود که این کار ممکن است پر و فلوئورید هیدروژن و یا حتی مخلوطی از فلوئورید هیدروژن و ازن باشد. میزان فعالیت این مخلوط آنقدر زیاد بود که اثر شدید آن بر اسید سیلیسیک بلوری را توجیه می‌کرد. به این ترتیب پس از انجام موفقیت‌آمیز آزمایش در حضور اعضای اکادمی پاریس همگی گواهی بر موفقیت او دادند و سال 1886 میلادی یعنی سال تهیه فلوئور آزاد سالی تاریخی، مهمتر از روزها و سالهای تاریخی دیگر، در بیوگرافی فلوئور شد.
ادامه مطلب
محمدبن زکریای رازی
ابوبکر محمد پسر زکریای رازی فیلسوف و عالم طبیعی و شیمی دان و پزشک بزرگ ایران عالم اسلامی و ملقب به جالینوس المسلمین از مفاخر مشاهیر جهان و یکی از نوابغ روزگار قدیم است.
ابوبکر محمد پسر زکریای رازی فیلسوف و عالم طبیعی و شیمی دان و پزشک بزرگ ایران عالم اسلامی و ملقب به جالینوس المسلمین از مفاخر مشاهیر جهان و یکی از نوابغ روزگار قدیم است. تولد او در اوایل شعبان سال ۲۵۱ هجری در ری اتفاق افتاد و در همین شهر به تحصیلات خود در فلسفه و ریاضیات و نجوم و ادبیات مبادرت کرد و بعید نیست که توجه او به تحصیل علم کیمیا نیز در ایام جوانی جلب شده باشد.توجه و اشتغال وی به علم طب بعد از سنین جوانی و بنابر قول ابوریحان بیرونی پس از مطالعات و تجارب آن استاد در کیمیا جلب و عملی شده و نتیجه عارضه پی بوده که در چشم وی از تجارب کیمیا وی پدید آمده بود نوشته اند:رازی در سی سالگی به بغداد رفت و چون بر بیمارستان مقتدر گذر کرد به طب دلبستگی یافت و به تحصیل این علم پرداخت و چون در آن چیره دست شد، به ری بازگشت و به خدمت منصوربن اسحاق حاکم ری در آمد و سرپرست بیمارستان ری شد. بعدها به بغداد رفت و ریاست بیمارستان مقتدر را بر عهده گرفت و شهرت وی در بغداد به جایی رسید که سابقه نداشت.محل و تاریخ وفات محمد رازی به درستی مشخص نیست، بیرونی وفات او را در ماه شعبان سال ۳۱۳ هجری نوشته و تعداد تالیف های وی را بیش از پنجاه و شش کتاب و رساله دانسته است.از مهمترین آثار او یکی «الحاوی» است که به نظر از «قانون» ابن سینا مهمتر است. این کتاب چند قرن مورد مطالعه و مراجعه، بلکه تنها کتاب اصلی درسی طب به شمار می رفته است. الحاوی دائره المعارفی بوده که اکنون تمام آن در دست نیست.محمد رازی این کتاب را به صورت یادداشتهای متعددی تهیه کرده بود و بعد از مرگ وی به دستور ابن عمید از روی یادداشتهای او کتاب را استنساخ و تنظیم کردند. مقدار زیادی از نتایج آزمایشها و مطالعات رازی در این کتاب جمع است.اثر دیگر رازی «طب المنصوری» است که به نام منصور بن اسحاق حاکم ری تالیف و تنظیم شده است. طب المنصوری و برخی از رساله های طبی دیگر محمد رازی به زبان لاتینی ترجمه و چاپ شده و مورد استفاده اروپاییان بوده است.کتاب «من لا یحضره الطبیب» اثر دیگر وی شامل دستورهای ساده برای معالجات گوناگون است. کتاب دیگر او «برء الساعه» است.
در علم کیمیا باید رازی را سرآمد دانشمندان اسلامی دانست. از کارهای مهم او که متکی به آزمایشهای متعدد بوده، کشف جوهر گوگرد (اسید سولفوریک) و الکل است.محمد رازی کتابهای متعدد در کیمیا به رشته تحریر در آورده است که از آن جمله «کتاب الاکسیر» و «کتاب التدبیر» را باید نام برد. محمد رازی در پایان عمر به سبب کثرت کار و مطالعه نابینا شد.این فیلسوف و پزشک نامی ایران علاوه بر علم وسیع کیمیا و پزشکی جهانگیر، در فلسفه نیز دارای تحقیقات عمیقی است که مورد توجه و اهمیت می باشد. از کتابها و آثار فلسفی او اکنون جز تعداد معدودی در دست نیست، ولی آن چه از فهرست بیرونی و سایر ماخذ بر می آید. وی کتابهای متعدد در کلیات مسایل طبیعی و منطقیات و ما بعدالطبیعیه داشته است و آنها عبارتند از کتابهای: سمع الکیان الهیولی الصغیر و الهیولی الکبیر. (ابن ندیم: کتاب الهیولی المطلقه و للجسم محرکا من ذاته طبعا - فی العاده - المدخل الی المنطق - کتاب البرهان - کیفیه الاستدلال - العلم الالهی علی رای سقراط العلم الالهی الکبیر فی الفلسفه القدیمه - رساله در انتقاد اهل اعتزال - قصیده الهیه - الحاصل فی العلم اللهی - الشکوک علی ابرقلس - ردنامه فرفوریس به انابون المصری - النفس الصغیر - النفس الکبیر - الطب الروحانی - فی السیره الغلسفیه - امارات الاقبال الدوله و چند رساله دیگر فلسفی که در رد بر مخالفان خود در مسئله قدم هیولی و لذت و معاد و ناقدان خود بر علم الهی ورد بر سیس ثنوی نگاشت.کتاب دیگری نیز در رد نبوات و در نقض ادیان داشت به نام «فی النبوات» و شاید برای تکمیل اقوال خود در همین کتاب، کتاب معروف دیگر خود را به نام «حیل المتنبین» مشهور به «مخاریق الانبیاء » نگاشته بوده است.محمد رازی علاوه بر تالیف های فلسفی، شروح و جوامعی هم از آثار متقدمین مانند ارسطو و افلاطون داشت. از افلاطیون رساله طیماوس را شرح کرد و از ارسطو جوامعی در منطق چون جوامع قاطیفوریاس و باری ارمینیاس و انالوطیقا ترتیب داد و نیز کتابی در منطق به روش و با اصطلاحات متکلمین اسلام تدوین کرد. دائره المعارف دانشمندان علم و صنعت درباره محمد بن زکریای رازی آمده است.محمد رازی نه فقط در طب به تجربه دست می زد بلکه آزمایش را در کلیه مباحث علوم طبیعی ضروری می دانست. وی آزمایشهای شیمیایی خود را با چنان دقتی تشریح و توصیف کرده که امروزه هم هر شیمی دانی می تواند عینا آن را مجددا به معرض آزمایش درآورد. رازی مواد شیمیایی را طبقه بندی کرد، در بابی وزن مخصوص تحقیقاتی به عمل آورد و به اکتشافات مهمی از قبیل اکتشاف الکل و اسید سولفوریک نایل آمد. وی نخستین کسی است که کلیه اشیای عالم را به سه طبقه حیوانات، نباتات، جامدات تقسیم کرده است.»مسعودی در کتاب التنبیه و الاشراف گفته است که: رازی در سال ۳۱۰ هجری کتابی در سه مقاله راجع به فلسفه فیثاغوری نگاشت و بعید نیست این توجه به فلسفه فیثاغوری جدید نتیجه تعلم رازی نزد ابوزید بلخی بوده باشد که از شاگردان کندی و متوجه فلسفه فیثاغوری جدید بود.
اهمیت محمد رازی در فلسفه بیشتر از آن جهت است که او خلاف بسیاری از معاصران خود در فلسفه عقاید خاصی که غالباً مخالف با آراء ارسطو است داشته است. قاضی صاعد اندلسی گوید:جماعتی از متاخران کتابهایی بر مذهب فیثاغورس و پیروان او نگاشته و در آنها فلسفه طبیعیه قدیم را تایید کرده اند و از کسانی که در این باب تالیفی دارد. ابوبکر محمدبن زکریای رازی است که از ارسطاطالیس شدیداً منحرف بود و او را به سبب جدا شدن از غالب آراء معلم خود افلاطون و دیگر فلاسفه مقدم بر او عیب می کرد و می پنداشت که او فلسفه را تباه کرده و بسیاری از اصول آن را تغییر داده است و من گمان نمی کنم که علت دشمنی محمد رازی با ارسطاطالیس و سعی در حقیر شمردن او چیزی جز آن باشد که آراء رازی درکتاب العلم الالهی و الطب الروحانی و کتابهای دیگر او که دال بر نیکو شمردن مذهب ثنوی در شرک و آراء براهمه و ابطال نبوت و اعتقاد عوام صابثه در تناسخ است. با افکار ارسطاطالیس منافات دارد.ابوریحان بیرونی می گوید: من کتاب محمدبن زکریای رازی را در علم الهی خوانده ام، او در آن تحت تاثیر کتابهای مانی و خاصه کتاب او موسوم به «سفر الاسرار» واقع است.محمد رازی در ما بعدالطبیعیه معتقد به وجود پنج قدیم بود یعنی خالق نفس کلی - نفس کلی - هیولی اولی- مکان مطلق یا خلاء - زمان مطلق یا دهر - برخی از قدما مانند امام فخرالدین محمد بن عمر الرازی معتقدند که پسر زکریا اعتقاد به قدماء‌خمسه را از حرانیان گرفته، لیکن حقیقت امر آن است که عقیده مذکور بعد از محمد رازی بین حرانیان راه یافته، چنانکه ابوریحان بیرونی هم هنگام نقل قول رازی در قدمت پنج چیز گفته است که: وی اعتقاد خویش را به قدماء خمسه از یونانیان گرفته، اما ظاهر امر آنست که محمد بین زکریای در این باب از معتقدات فلسفی ایرانیان استفاده کرده است. ابن حزم در کتاب الفصل گوید: اعتقاد مشهور مجوس بر آنست که خالق عالم یعنی اورمزد و ابلیس یعنی اهرمن، و گاه یعنی زمان، و جای یعنی مکان، و خلاء و توم یعنی جوهر یا هیولی یا سرشت یا خمیره، پنج قدیمند. ابن جحزم در کتابی که بر رد کتاب العلم الالهی محمد رازی نوشته بود این اعتقاد رازی را که به نظر او از مجوسان گرفته بود رد کرد.مسعودی نیز نظیر این قول را دارد و گوید مجوس معتقد به قدماء خمسه هستند یعنی اورمزد (خدای عزوجل) و اهرمن (شیطان شریر) و گاه «زمان» جای «مکان» و توم (طینت و خمیره) با دقت در این اشارات معلوم می شود که اعتقاد به قدماء خمسه در ایران موضوعی تازه نبود و بعید نیست که محمد رازی در این باب تحت تاثیر نظرهای ایرانیان قدیم واقع شده باشد.اصول معتقدات رازی در اخلاق از همه جا بهتر در کتاب سیره الفلسفیه و کتاب الطب الروحانی آمده است. وی در اخلاق معتقد به زهد و ترک و انزوای از خلق نیست. در آغاز رساله سیره الفلسفیه به کسانی که او را در معاشرت با خلق و تصرف در وجوه معاش سرزنش کرده اند تاخته و زندگی خویش را علی الخصوص با اعمال (پیشوای) خود سقراط مقایسه کرده است که از روش کلبیون اعراض نموده و در حیات اجتماعی شرکت جسته و در عین آنکه در زندگی خصوصی طریق قناعت پیش گرفته بود از مواجهه با عامه و با ملوک و بیان حق با الفاظ روشن امتناعی نداشت. فرد باید از انهماک (کوشیدن در کاری) در شهوات دوری جوید و از هر چیز به مقداری که از آن چاره نیست یا به مقداری که از آن چاره نیست یا به مقداری که جالب المی بیشتر از لذت حاصل از آن نباشد بهره برگیرد. مبنای اخلاق در فلسفه رازی بر اصل لذت و الم استوار است و او در این باب عقایدی خاص دارد. به عقیده رازی لذت امر وجودی نیست و عبارتست از بازگشت به حالت طبیعی بعد از خروج از آن و یا خلاص از الم.در صورتی که در نظر ارسطو لذت امری وجودی است. ناصر خسرو قبادیانی گفته است:«قول محمد زکریای آنست که گوید لذت چیزی نیست مگر راحت از رنج، و لذت نباشد مگر بر اثر رنج، و گوید چون لذت پیوسته شود رنج گردد.
من از این زندگی یک نهج آزرده شدم قند اگر هست نخواهم که مکرر گذرد
و گوید حالی که آن نه لذت و نه رنج است، آن طبیعت است و آن به حسن یافته نیست.»
محمد رازی خود در الطب الروحانی در باب لذت و الم بحث مفصلی دارد و علاوه بر این تالیفی ویژه به نام لذات عقیده خویش آورده است.وی در اواخر عمر نابینا شد.
ادامه مطلب
محلولها ، مخلوطهایی همگن هستند. محلولها را معمولا بر حسب حالت فیزیکی آنها طبقه بندی می‌کنند: محلولهای گازی ، محلولهای مایع و محلولهای جامد.
محلولها ، مخلوطهایی همگن هستند. محلولها را معمولا بر حسب حالت فیزیکی آنها طبقه بندی می‌کنند محلولهای گازی ، محلولهای مایع و محلولهای جامد. بعضی از آلیاژها محلولهای جامدند؛ سکه‌های نقره‌ای محلولهایی از مس و نقره‌اند و برنج محلولی جامد از روی در مس است. هر آلیاژی محلول جامد نیست، بعضی از آلیاژها مخلوطهایی ناهمگن اند. محلولهای مایع متداولترین محلولها هستند و بیشترین کاربرد را در بررسیهای شیمیایی دارند. هوا هم مثالی برای محلولهای گازی می‌باشد.
● ماهیت محلولها
در یک محلول ، معمولا جزئی که از لحاظ کمیت بیشترین مقدار را دارد، حلال و سایر اجزا را مواد حل شده (حل شونده) می‌گوییم. اما گاهی آسانتر آن است که جزئی از محلول را با آنکه مقدارش کم است، حلال بنامیم و گاهی اصولا اطلاق نام حلال و حل شونده به اجزای یک محلول (مثلا محلولهای گازی) چندان اهمیتی ندارد.
بعضی از مواد به هر نسبت در یکدیگر حل می‌شوند.امتزاج پذیری کامل از ویژگیهای اجزای تمام محلولهای گازی و بعضی از اجزای محلولهای مایع و جامد است. ولی غالبا، مقدار ماده ای که در حلال معینی حل می شود، محدود است. انحلال پذیری یک ماده در یک حلال مخصوص و در دمای معین، بیشترین مقداری از آن ماده است که در مقدار معینی از آن حلال حل می شود و یک سیستم پایدار به وجود می آورد.
● غلظت محلول
برای یک محلول معین ، مقدار ماده حل شده در واحد حجم حلال یا در واحد حجم محلول را غلظت ماده حل شده می‌گوییم. مهمترین نوع غلظتها که در آزمایشگاه بکار می‌رود مولاریته و نرمالیته است. مولاریته عبارت است از تعداد مولهای یک ماده که در یک لیتر محلول وجود دارد. به همین دلیل آن را مول بر لیتر یا M/L می‌گیرند. نرمالیته یک محلول عبارتست از تعداد هم ارز گرمهای (اکی والان گرم های) ماده موجود در یک لیتر محلول. نرمالیته را با N نشان می‌دهند.
● انواع محلولها
▪ محلولهای رقیق
▪ محلولهایی که غلظت ماده حل شده آنها نسبتا کم است.
▪ محلولهای غلیظ
محلولهایی که غلظت نسبتا زیاد دارند.
▪ محلول سیر شده
اگر مقدار ماده حل شده در یک محلول برابر با انحلال پذیری آن در حلال باشد، آن محلول را محلول سیر شده می‌نامیم. اگر به مقداری از یک حلال مایع ، مقدار زیادی ماده حل شونده (بیشتر از مقدار انحلال پذیری آن) بیفزاییم، بین ماده حل شده و حل شونده باقیمانده تعادل برقرار می‌شود. ماده حل شونده باقیمانده ممکن است جامد ، مایع یا گاز باشد. در تعادل چنین سیستمی ، سرعت انحلال ماده حل شونده برابر با سرعت خارج شدن ماده حل شده از محلول است. بنابراین در حالت تعادل ، غلظت ماده حل شده مقداری ثابت است.
▪ محلول سیر نشده
غلظت ماده حل شده در یک محلول سیر نشده کمتر از غلظت آن در یک محلول سیر شده است.
▪ محلول فراسیرشده
می‌توان از یک ماده حل شونده جامد ، محلول فراسیر شده تهیه کرد که در آن، غلظت ماده حل شده بیشتر از غلظت آن در محلول سیر شده است. این محلول ، حالتی نیم پایدار دارد و اگر مقدار بسیار کمی از ماده حل شونده خالص بدان افزوده شود، مقداری از ماده حل شده که بیش از مقدار لازم برای سیرشدن محلول در آن وجود دارد، رسوب می‌کند.
● خواص فیزیکی محلولها
بعضی از خواص محلولها به دو عامل ، نوع ماده حل شده و غلظت آن در محلول بستگی دارند. این مطلب برای بسیاری خواص فیزیکی محلولها از جمله ، محلولهای آبی درست به نظر می‌رسد. برای مثال، محلول نمک طعام در آب بی رنگ پرمنگنات پتاسیم در آب، بنفش صورتی است (در اینجا نوع ماده حل شده مطرح است). افزون بر این ، می‌دانیم که هر چه بر محلول پرمنگنات آب بریزیم و آن را رقیقتر کنیم، از شدت رنگ آن کاسته می‌شود (اینجا غلظت محلول مطرح است).
یکی دیگر از خواص فیزیکی که به این دو عامل بستگی دارد، قابلیت هدایت الکتریکی محلول آبی مواد گوناگون است.
چهار خاصه فیزیکی دیگر از محلولها وجود دارد که به نوع و ماهیت ذرات حل شده بستگی ندارد، بلکه فقط به مجموع این ذرات وابسته است. به عبارت دیگر ، تنها عامل موثر بر خواص محلول در اینجا ، غلظت است. چنین خواصی از محلول را معمولا "خواص جمعی محلولها" (خواص کولیگاتیو Colligative properties) می‌نامند و عبارتند از کاهش فشار بخار ، صعود نقطه جوش ، نزول نقطه انجماد و فشار اسمزی.
▪ کاهش فشار بخار
وقتی یک حل شونده غیر فرار در یک حلال حل می‌شود، فشار بخار آن کاهش می‌یابد و مقدار کاهش به مقدار حل شونده بستگی دارد. هر چه میزان حل شونده بیشتر باشد، میزان کاهش در فشار بخار بیشتر است. برای مثال اگر دو ظرف را در نظر بگیریم که در آنها مقدار مساوی مایع وجود دارد که یکی محتوی مولکولهای آب خالص و دیگری محتوی محلول قند در آب است، بدیهی است که تعداد مولکولهای آب در واحد حجم از آب قند ، کمتر از آب خالص است. به همین نسبت ، تعداد مولکولهای آب در سطح آب قند ، نیز کمتر می‌باشد. بنابراین، نسبت مولکولهای پرانرژی آب که قادر به تبخیر از سطح آب قند هستند، کمتر می‌باشد و در نتیجه فشار بخار محلول کمتر می‌شود.
▪ افزایش نقطه جوش
در اثر حل شدن مقداری حل شونده غیر فرار در یک حلال ، نقطه جوش آن افزایش می‌یابد. مقدار افزایش فقط به مقدار حل شونده بستگی دارد. برای مثال ، آب در شرایط متعارفی (دمای ۲۵ درجه سانتیگراد و فشار بخار یک اتمسفر یا ۷۶۰ میلی متر جیوه) در ۱۰۰ درجه سانتیگراد می جوشد. اما اگر در آب، مقداری قند مثلا به غلظت یک مولال (یک مول در ۱۰۰۰ گرم آب) بریزیم، فشار بخار محلول آب قند به اندازه ۱۴ میلی متر جیوه کاهش می‌یابد و در نتیجه محلول در ۵۲/۱۰۰درجه سانتیگراد می‌جوشد.
▪ کاهش نقطه انجماد
وقتی یک حل شونده غیر فرار در یک حلال حل می‌شود، نقطه انجماد آن کاهش می‌یابد. بنابراین دمای انجماد محلولهای آبی همیشه کمتر از دمای انجماد آب خالص است. استفاده از این خاصیت در رادیاتور اتومبیل می‌باشد که برای جلوگیری از یخ زدن آب رادیاتور اتومبیل در زمستان ، به آن مقداری مایع به نام ضد یخ می‌افزایند. همچنین با اضافه کردن نمک (مانند کلرید سدیم) همراه با شن ریز روی آسفالت خیابانهای شهر ، هیدراته شدن یونهای نمکها مستلزم مصرف مقداری آب است که از ذوب شدن برف فراهم می گردد. بنابراین آب نمک غلیظی فراهم می‌شود که حتی در ۲۰ درجه زیر صفر منجمد نمی‌شود.
▪ فشار اسمزی
اگر در ظرف U شکلی ، حلال A از مخلوط حلال و حل شونده (B + A) به وسیله یک غشای نیمه تراوا ، جدا شود، چون فقط حلال از غشا عبور می‌کند، بعد از رسیدن به حالت تعادل ، ارتفاع مایع در قسمت (حاوی B + A) که حل شونده وجود دارد بالا می رود.
اگر به این ستون فشار وارد شود تا سطح مایع در دو طرف یکسان شود، این فشاراسمزی است که به علت حل شدن حل شونده غیر فرار در حلال ایجاد شده است.
به عکس فرآیند اسمز ، اسمز معکوس گویند که برای شیرین کردن آب استفاده می شود. همچنین برای تعیین جرم مولکولی پلیمرها ، پروتئینها و بطور کلی مولکولهای سنگین از فشار اسمزی استفاده می‌شود.
ادامه مطلب
یک تکه اسفنج را می‌توان در فضای کوچکتری متراکم کرد. علت تراکم اسفنج این است که در آن سوراخهای ریزی وجود دارد، وقتی اسفنج را فشار می‌دهیم هوای داخل این سوراخها خارج می‌شود و ماده جامد اسفنج به هم نزدیکتر می‌گردد.
آیا تا به حال هوا را داخل سرنگی محبوس کرده‌اید تا آن را تحت فشار قرار دهید؟
چه اتفاقی می‌افتد وقتی پیستون سرنگ را فشار می‌دهید؟
هوا چگونه متراکم می‌شود؟ چگونه در یک فضای کوچکتر جا می‌گیرد؟
یک تکه اسفنج را می‌توان در فضای کوچکتری متراکم کرد. علت تراکم اسفنج این است که در آن سوراخهای ریزی وجود دارد، وقتی اسفنج را فشار می‌دهیم هوای داخل این سوراخها خارج می‌شود و ماده جامد اسفنج به هم نزدیکتر می‌گردد. درست مثل زمانی که یک تکه اسفنج خیس را فشار می‌دهید؛ آب از سوراخهای اسفنج خارج و اسفنج متراکم می‌شود. "بویل"، دانشمند انگلیسی در سال ۱۶۶۲ میلادی مقداری جیوه - که فلزی مایع است- را در یک لوله شیشه‌ای پنچ متری ریخت. این لوله خمیده به شکل حرف انگلیسی U و یک سمت آن مسدود بود. بویل مشاده کرد که با افزودن جیوه هوای به دام افتاده در سمتی که بسته است، متراکم می‌شود و فضای کمتری اشغال می‌کند. بویل نتیجه گرفت که هوا باید از ذرات بسیار کوچک، یعنی اتمهای ریز، تشکیل شده باشد. میان اتمها فضایی است که در آن هیچ چیز نیست. وقتی هوا متراکم می‌شود، اتمها به هم نزدیکتر می‌شوند. بویل همان سال‌ها در کتابی نوشت: "عنصرها را باید با آزمایش کشف کرد. شیمیدانها باید بکوشند تا هر چیزی را به مواد ساده‌تر تجزیه کنند، آن ماده یک عنصر است."
دانشمندان بر مبنای این توصیه بویل، تا اواخر قرن هجدهم حدود ۳۰ عنصر گوناگون کشف کردند و مواد مرکب زیادی را که از این عناصر ساخته شده بود را بررسی کردند. بسیاری از مواد مرکب بررسی شده تا آن زمان از مولکولهای ساده ساخته شده بودند و هر کدام بیش از چند اتم نداشتند. کافی بود فهرستی از انواع گوناگون اتمها تهیه شده و گفته شود که در هر ماده مرکب از هر نوع اتم چند عدد وجود دارد. در سال ۱۸۲۴ میلادی (۱۲۰۳ شمسی) "یوستون لیبینگ" و "فردریخ وهلر"، شیمیدان آلمانی درباره دوماده مرکب متفاوت تحقیق می‌کردند. هریک از آنها برای ماده مرکب خود فرمولی بدست آورد و نشان داد که در آن چه عناصری و از هر عنصر چند اتم وجود دارد. وقتی آنها نتایج کار خود را اعلام کردند معلوم شد که هر دو ماده دارای فرمول یکسانی هستند. با اینکه این دو ماده با هم متفاوت بودند و از هر جهت خواص گوناگونی داشتند، مولکولهای آنها از عناصر یکسان تشکیل شده و حتی عده اتمهای هر عنصر در هر دو ماده یکسان بود. به این ترتیب مشخص شد که تنها جمع کردنِ عده اتمهای موجود در یک مولکول کافی نیست. و این اتمها باید آرایش ویژه‌‌‌ای داشته باشند. بنابراین، آرایش متفاوت سبب تفاوتِ مولکولها می‌شود و خواص مواد با هم فرق خواهند داشت.
▪ با توجه به اینکه هم مولکولها و هم اتمها به قدری کوچک هستند که دیده نمی‌شوند، شیمیدانان چگونه می توانند نوع آرایش اتمها را در مولکولها بیابند؟
نخستین گام را در این راه، "ادوارد فرانکلندِ" انگلیسی برداشت. او مولکولهای آلی را با برخی از فلزات ترکیب کرد و دریافت که اتمِ یک نوع فلزِ، همیشه با تعداد مشخصی از مولکولهای آلی ترکیب می‌شود. او نتیجه گرفت که هر اتم توانایی و ظرفیت خاصی برای ترکیب با عناصر دیگر دارد. او اسم این خصلت را "والانس" گذاشت. "والانس" کلمه‌ای لاتین به معنای "ظرفیت" یا "توانایی" است. برای مثال وقتی می‌گوییم:"ظرفیت هیدروژن «یک» است"، یعنی اتم هیدروژن تنها با یک اتم دیگر می‌تواند ترکیب شود. ظرفیت اکسیژن «دو»، نیتروژن «سه» و کربن «چهار» است.
اسکات کوپرِ اسکاتلندی، نیز در ۱۸۵۸ میلادی نظریه "پیوندهای شیمیایی" را مطرح کرد. او معتقد بود که اتمها با "قلاب" یا "پیوند" به یکدیگر متصل می‌شوند و مولکولهای مختلف را تشکیل می‌دهند. طبق نظریه او، هر اتم به اندازه "ظرفیت" یا "والانس" خود می‌تواند با اتمهای دیگر پیوند بدهد. کوپر همچنین مدلی را برای نشان دادن ساختار مولکول ها پیشنهاد کرد .
استفاده از روش کوپر برای نشان دادن ساختمان مولکولهای کوچک و غیر آلی، به راحتی مقدور بود، اما در مورد مولکولهای بزرگتر و مواد مرکب آلی، مشکلاتی وجود داشت که گاه باعث گمراهی می‌شد. از اینرو "ککوله" تلاش کرد تا مشکل ظرفیت را در موردِ مواد مرکب آلی برطرف کند. "فردریش آگوست ککوله" با توجه به این مسأله که هر اتم کربن ظرفیت اتصال به چهار اتم دیگر را دارد، توانست مسایل مربوط به تعداد زیادی از مولکولها -که ساختمان آنها تا آن زمان معمّا به نظر می‌رسید- را حل کند.
امروزه نیز از همین مدل برای نشان دادن مولکولها و همچنین توضیح خواص آنها استفاده می‌شود.
▪ اما شیمیدانان ها چگونه می‌توانند بین ساختار مولکول و خواص آن ارتباط برقرار کنند؟
مواد مختلف بسته به اینکه از چه عناصر تشکیل شده‌اند و دارای چه آرایشی هستند، خواص مختلفی دارند. برای مثال موادی که خاصیت اسیدی از خود نشان می‌دهند در ساختار مولکولی خود اتم هیدروژنی دارند که به اکسیژن متصل است و آن اتم اکسیژن هم با یک عنصر نافلز مانند گوگرد، فسفر و... پیوند دارد. حال اگر به جای اتم نافلز، یک اتم فلز مانند سدیم، کلسیم یا ... قرار گیرد، ترکیب به جای "خصلت اسیدی"، "خاصیت قلیایی" خواهد داشت.
در داروها و مولکولهای بزرگ، خواص ترکیب به عوامل متعددی بستگی دارد. در نانو فناوری که هدف ساختن مولکولی جدید با رفتاری خواص است، یک دانشمند شیمی مولکولی با استفاده از تخصص خود، آرایشی از اتمها را پیشنهاد می‌کند که خواصیت مورد نظر ما را داشته باشد. از سوی دیگر باید بدانیم مولکولها صرفاً آنچه ما روی کاغذ رسم می‌کنیم نیستند. مولکولها دارای بعد هستند و فضا اشغال می‌کنند.
یک مولکول در فضا آرایشهای مختلفی را می‌تواند اختیار کند. درحال حاضر با استفاده از یک سری فنون خاص و به کمک کامپیوتر می‌توان آرایشهای مختلف را پیش‌بینی کرده و چگونگی قرار گرفتن اتمها را در کنار یکدیگر را بررسی کرد. همچنین می توان حدس زد که هر آرایش مولکولی چه خواصی را موجب می‌شود. این کار نیز به واسطه اطلاعاتی که یک دانشمند شیمی مولکولی از مطالعه ساختارهای مختلف مولکولها بدست آورده است، امکان پذیر می‌باشد.
شاخه‌ای از نانوفناوری که با بهره‌گیری از شیمی مولکولی و روشهای محاسباتی فیزیکی و مکانیک کوانتومی، آرایشهای متنوع مولکولها را بررسی می‌کند را نانوفناوری محاسباتی می‌نامند .
ادامه مطلب
