عکس

 

Chemistry Jokes

Chemistry Jokes

 

۱.      The Periodic Table:

A chemistry teacher was berating the students for not learning the Periodic Table of the Elements. She said, "Why when I was your age I knew both their names and weights." One kid popped up, "Yeah, but teach, there were so few of them back then.

Rules of the Lab

۲.     If an experiment works, something has gone wrong. .

۳.     If you can't get the answer in the usual manner, start at the answer and derive the question.

۴.        Teamwork is essential, it allows you to blame someone else. !

۵.        Here is a funny chemistry story: Somebody wrote a paper about how this chemical, dihydrogenoxide, has killed over 100,000 people world wide, usually through inhalation. The story also went on that even if you wash your food you can never get this chemical off. No matter what you do you will be exposed to this very dangerous chemical every day of your life until you die. The story finished by claiming that there needs to be a government research group founded to find a solution. yada yada yada...anyhow, a local press guy got a hold of this joke, if you haven't figured it out di-hydrogen-oxide is the correct name for H2O or water. The deaths that he was quoting were from drownings. Anyhow, this local guy ran the article in a paper and started a big outcry for a government study before they realized what the story was about.....kinda funny chemistry humor.!

۶.        Organic chemistry is the chemistry of carbon compounds. Biochemistry is the study of carbon compounds that crawl.!

۷.     Q: What happens when electrons lose their energy?
A: They get Bohr'ed. !

۸.    Old chemists never die, they just fail to react.!

۹.    Why do white bears dissolve in water? Because they're polar.!

 

ماری کوری

ماري كوري در سال 1867 در لهستان متولد شد. او، به عنوان يك كودك، مردم را با حافظة خارق‌العاده‌اش، شگفت‌زده مي‌كرد. او خواندن را وقتي تنها چهار سالش بود، آموخت

 پدرش يك پروفسور علوم بود. ابزارهايي كه او در جعبه‌اي شيشه‌اي نگهداري مي‌كرد، ماري را مجذوب مي‌كرد. ماري رؤياي دانشمند شدن را در سر مي‌پروراند، اما ميدانست اين كار آسان نخواهد بود. خانواده‌اش خيلي فقير شدند و در سن 18 سالگي، ماري يك معلم سرخانه شد و به خواهرش براي درس خواندن در پاريس كمك مالي مي‌كرد. بعدها خواهرش نيز او را در تحصيلش ياري كرد.
 در آن روزها، براي دختران دانشگاهي در لهستان نبود. بنابراين، در سال 1891، ماري به دانشگاه سوربن در پاريس رفت. او به قدري فقير بود كه تنها نان و كره مي‌خورد و چاي مي‌نوشيدو لباسهاي كهنه‌اي را كه با خود از Warsaw آورده بود مي‌پوشيد.

هر روز تا 10 شب در كتابخانه درس مي‌خواند، پس از آن به اتاق سرد كوچكش مي‌رفت و تا ساعت 2 يا 3 صبح مطالعه مي‌كرد.
بعد از 4 سال در سوربن، ماري با Pierre Curie يك فيزيكدان مشهور، ازدواج كرد. (يك فيزيكدان يك دانشمند است كه طبيعت فيزيكي جهان را مطالعه مي‌كند ـ اشياء از چه ساخته شده‌اند و چرا اينطور رفتار مي‌كنند).

همراه با Curie به دنبال عناصر جديد گشتند. آنها سنگ معدن اورانيوم را گرفتند، آسياب كردند و جوشاندند. آنها، آنرا با اسيدها و ساير مواد شيميايي مورد آزمايش قرار دادند. سرانجام پس از چهار سال كار سخت ومصرف تن‌ها سنگ معدن، آنها يك دهم گرم راديوم خالص داشتند. آنها نخستين عنصر راديواكتيو را كشف كرده بودند

در سال 1903، ماري، پير و يك دانشمند ديگر به نام Henry Becquerel، جايزه نوبل در فيزيك را به خاطر كشف راديوم و مطالعه راديواكتيويته بردند. ماري كوري اولين زني بود كه جايزه نوبل فيزيك را برد. بعدها، او يك جايزه نوبل ديگر در شيمي برد

در زمان جنگ جهاني اول، ماري بر روي اشعه‌هاي X كار مي‌كرد. او باور داشت كه آنها مي‌توانند در درمان بيماريهايي مانند سرطان كمك كنند. او هيچ‌گاه سعي نكرد كه از كشفياتش براي مال‌اندوزي استفاده كند، زيرا معتقد به كمك به ديگران بود

سایت مرتبط             عکس های ماری کوری

شیمی آلی و آلکان ها و آلکین ها

بعضی از ترکیبهای آلی ، فقط شامل دو عنصر هیدروژن و کربن می‌باشند و در نتیجه آنها را هیدروکربن می‌نامند. با تکیه بر ساختار ، هیدروکربنها را به دو گروه و طبقه اصلی یعنی آلیفاتیک و آروماتیک تقسیم می‌کنند. هیدروکربنهای آلیفاتیک خود به چند خانواده: آلکانها ، آکینها و همانندهای حلقوی آنها (سیکلوآلکانها و…) تقسیم می‌شوند.

متان ، CH₄ ، ساده ترین عضو خانواده آلکانها و همچنین یکی از ساده ترین ترکیبهای آلی است.

 

ساختار متان

هر یک از چهار اتم هیدروژن بوسیله پیوند کووالانسی ، یعنی با یک جفت الکترون اشتراکی به اتم کربن متصل شده است. وقتی کربن به چهار اتم دیگر متصل باشد، اوربیتالهای پیوندی آن (اوربیتالهای sp³ که از اختلاط یک اوربیتال s و سه اوربیتال p تشکیل شده‌اند) ، به سوی گوشه‌های چهار وجهی جهت گیری کرده‌اند.

این آرایش چهار وجهی ، آرایشی است که به اوربیتالها اجازه می‌دهد تا سر حد امکان از یکدیگر فاصله بگیرند. برای اینکه همپوشانی این اوربیتالها با اوربیتال کروی اتم هیدروژن به گونه ای موثر صورت پذیرد و در نتیجه ، پیوند محکم‌تری تشکیل شود، هر هسته هیدروژن باید در یک گوشه این چهار وجهی قرار بگیرد.

ساختار چهار وجهی متان بوسیله پراش الکترونی که آرایش اتمها را در این نوع مولکولهای ساده به روشنی نشان می‌دهد، تایید شده است. بعد شواهدی که شیمیدانها را خیلی پیش از پیدایش مکانیک کوانتومی REDIRECT (نام صفحه) یا پراش الکترونی d ، به پذیرش این ساختار چهار وجهی رهنمون شد، بررسی خواهیم کرد.

ما به طور معمول ، متان را با یک خط کوتاه برای نمایش هر جفت الکترون مشترک بین کربن و هیدروژن نشان خواهیم داد. برای آنکه توجه خود را بر روی الکترونها بطور انفرادی متمرکز کنیم، گاهی ممکن است یک جفت الکترون را بوسیله یک جفت نقطه نشان دهیم. سرانجام ، وقتی بخواهیم شکل واقعی مولکول را نمایش دهیم، از فرمولهای سه بعدی استفاده می‌کنیم.

خواص فیزیکی متان

واحد ساختار این ترکیب غیر یونی ، مولکول است، چه جامد باشد، چه مایع و چه گاز. به علت اینکه مولکول متان بسیار متقارن است، قطبیتهای انفرادی پیوندهای کربن – هیدروژن ، یکدیگر را خنثی می‌کنند، در نتیجه کل مولکول غیر قطبی است. نیروهای جاذبه موجود میان این مولکولها غیر قطبی، به نیروهای واندروالسی محدود می‌شوند؛

این نیروهای جاذبه ، در مورد این مولکولهای کوچک ، باید در مقایه با نیروهای قدرتمند موجود بین مثلا یونهای سدیم و کلرید ضعیف باشند. بنابراین ، از اینکه به آسانی می‌توان بوسیله انرژی گرمایی ، بر این نیروهای جاذبه فایق آمد، بطوری‌که ذوب شدن و جوشیدن در دمای پایین صورت بگیرد، تعجب نخواهیم کرد: دمای ذوب در 183- درجه سانتی‌گراد و دمای جوش در 161,5- درجه سانتی‌گراد قرار دارد. (این مقادیر را با مقادیر مربوط در مورد سدیم کلرید: یعنی دمای ذوب 801 درجه سانتی‌گراد و دمای جوش 1413درجه سانتی‌گراد مقایسه کنید.) در نتیجه ، متان در دماهای معمولی یک گاز است.

متان ، بی‌رنگ است و وقتی مایع شود، سبکتر از آب است (چگالی نسبی آن 0,4 است). موافق با قاعده تجربی که می‌گوید: «هم‌جنس در هم‌جنس حل می‌شود» ، متان فقط کمی در آب انحلال پذیر است، ولی در مایعات آلی مانند بنزین ، اتر و الکل بسیار حل می‌شود. از نظر خواص فیزیکی ، متان الگویی برای سایر اعضا خانواده آلکانهاست.

منبع متان

متان ، فرآورده پایانی تجزیه غیر هوازی (بدون هوا) گیاهان ، یعنی شکستن بعضی از مولکولهای بسیار پیچیده است. همچنین یکی از اجزاء اصلی (بیش از 97%) گاز طبیعی است. متان همان گاز قابل احتراق و منفجر شونده معادن زغال سنگ است و می‌توان خروج حبابهای آن را به عنوان گاز مرداب در سطح مردابها مشاهده کرد. اگر متان بسیار خالص لازم داشته باشیم، می‌توان آن را بوسیله تقطیر جزء به جزء از سایر اجزاء تشکیل دهنده گاز طبیعی (که بیشتر آلکانها هستند) جدا کرد.

البته بیشتر گاز طبیعی ، بدون خالص سازی ، به عنوان سوخت مصرف می‌شود.

ساختار اتان

از نظر اندازه C₂H₆ بعد از متان قرار می‌گیرد. اگر اتمهای این مولکول را با رعایت قاعده ای که می‌گوید برای هیدروژن یک پیوند (یک جفت الکترون) و برای کربن ، چهار پیوند (چهاز جفت الکترون) ، بوسیله پیوندهای کووالانسی به یکدیگر متصل کنیم، به ساختار زیر دست می‌یابیم: CH₃-CH₃.

هر کربن به سه هیدروژن و یک کربن دیگر متصل است و چون هر اتم به چهار اتم دیگر متصل است، اوربیتالهای پیوندی ان (اوربیتالهای sp³) بهسوی گوشه‌های چهار وجهی جهت گرفته‌اند. در اینجا نیز مانند مورد متان ، پیوندهای کربن- هیدروژن از همپوشانی این اوربیتالهای sp³ با اوربیتالهای s هیدروژنها بوجود آمده‌اند. پیوند کربن- کربن از همپوشانی دو اوربیتال sp₃ نتیجه شده است.

توزیع الکترونها در پیوندهای کربن- هیدروژن و کربن- کربن بطور کلی یکسان است، یعنی در حول خط متصل‌کننده هسته‌ها به هم ، حالتی استوانه‌ای و متقارن دارد: این پیوندها را به علت شکل مشابهی که دارند، پیوند σ (پیوند سیگما) می‌نامند.
بنابراین ، زوایای پیوندی و طول پیوندهای کربن- هیدروژن باید خیلی شبیه به متان ، یعنی به ترتیب در حدود 109,5درجه و 1,1 آنگستروم باشند.

پراش الکترونی و بررسی‌های طیف‌بینی از هر نظر این ساختار را تایید کرده و برای مولکول اتان این اندازه‌ها را بدست داده‌اند. زوایای پیوندی 109,5 ، طول 1,1 برای C-H ، طول 1,53 برای C-C . بررسیهای مشابه نشان داده‌اند که این مقادیر ، با کمی انحراف ، از ویژگیهلی اختصاصی پیوندهای کربن- هیدروژن و کربن- کربن و زوایای پیوندی در آلکانها بشمار می‌روند.

ساختمان پروپان 

خواص فیزیکی آلکانها

خواص فیزیکی آلکانها از همان الگوی خواص فیزیکی متان پیروی می‌کند و با ساختار آلکانها سازگار است. یک مولکول آلکان فقط بوسیله پیوندهای کووالانسی برپا نگه داشته شده است. این پیوندها یا دو اتم از یک نوع را بهم متصل می‌کنند و در نتیجه ، غیر قطبی‌اند، یا دو اتم را که تفاوت الکترونگاتیوی آنها بسیار کم است، به یکدیگر ربط می‌دهند و در نتیجه قطبیت آنها کم است. به علاوه ، این پیوندها به طریقی بسیار متقارن جهت گرفته‌اند، بطوری که این قطبیهای پیوندی نیز یکدیگر را خنثی می‌کنند.

در نتیجه یک مولکول آلکان یا غیر قطبی است یا قطبیت بسیار ضعیفی دارد. نیروهایی که مولکولهای غیر قطبی را گرد هم نگه می‌دارند (نیروهای واندروالسی) ضعیف هستند و گستره بسیار محدودی دارند. این نیروها فقط بین بخشهایی از مولکولهای مختلف که با یکدیگر در تماس نزدیک باشند، یعنی بین سطوح مولکولها ، عمل می‌کنند. بنابراین در یک خانوده معین ، انتظار داریم که هر اندازه مولکول بزرگتر باشد و در نتیجه سطح تماس آنها بیشتر باشد، نیروهای بین مولکولی نیز قوی‌تر باشند.

دمای جوش و ذوب با افزایش شمار اتمهای کربن ، زیاد می‌شود. فرایند جوشیدن و ذوب شدن ، مستلزم فایق آمدن بر نیروهای بین مولکولی در یک مایع و یک جامد است. دمای جوش و دمای ذوب بالا می‌رود، زیرا این نیروهای بین مولکولی با بزرگ شدن مولکولها افزایش می‌یابند.

منبع صنعتی آلکانها

منبع صنعتی آلکانها ، نفت و گاز طبیعی همراه آن است. ترکیبهای آلی پیچیده که روزگاری سیستمهای زنده گیاهان و جانوران را تشکیل می‌دادند، در اثر فضارهای زمین شناختی ، طی میلیونها سال ، به مخلوطی از آلکانها که از نظر اندازه ، شامل یک کربن تا 30 تا 40 کربن هستند، تبدیل شده‌اند. سیکلوآلکانها نیز که در صنعت نفت به نفتنها شهرت دارند و به ویژه در نفت کالیفرنیا فراوان یافت می‌شوند، همراه با آلکانها بوجود آمده‌اند.

سوخت فسیلی دیگر ، یعنی زغال سنگ ، منبع بالقوه دیگر آلکانهاست. روشهایی برای تبدیل زغال سنگ از راه هیدروژن دار کردن به بنزین و سوخت کوره و همچنین تبدیل به گاز سنتز به منظور جبران کمبود گاز طبیعی ابداع شده است.

آلکنها ، دسته بزرگی از هیدروکربنها را شامل می شوند که به هیدروکربنهای غیر اشباع (unsaturated) موسومند. تعداد هیدروژنهای این ترکیبات ، کمتر از آلکنهای هم کربن است. آلکنها ممکن است یک یا چند پیوند دوگانه مجزا و دور از هم و یا مزدوج داشته باشند.

استیلن‌های حقیقی یا انتهایی (terminal acetylenes)

به ترکیباتی از این گروه اطلاق می‌شود که حداقل یک اتم هیدروژن متصل به کربن sp در آنها وجود داشته باشد. مثلا پروپن (متیل استیلن) یک استیلن حقیقی است. به همین ترتیب ، فنیل استیلن و ترسیوبوتیل استیلن از استیلن‌های حقیقی می‌باشند.

استیلن‌های داخلی (internal acetylenes)

هرگاه پیوند سه گانه کربن به کربن درجایی از مولکول قرار گرفته باشد که کربنهای با هیبرید sp به استخلاف متصل باشند، استیلنی را داخلی می‌نامند، مثل دی‌متیل استیلن ، دی‌فنیل استیلن و دی‌ترسیوبوتیل استیلن.

نامگذاری آلکینها

آلکینها با چند روش نامگذاری می‌شوند:

در نامگذاری معمولی ، آلکینها به عنوان مشتقات استیلنی نامگذاری می‌شوند. معمولا برای نامگذاری استیلن‌های کوچک از این روش استفاده می‌شود. روش جامع برای نامگذاری آلکین‌ها روش (IUPAC) است و اصول آن ، مشابه نامگذاری آلکنهاست و با رعایت نکات زیر انجام می‌شود:

1. طولانی ترین زنجیری را که پیوند سه گانه در آن قرار دارد، مشخص و کربنهای زنجیر اصلی را از طرفی شماره گذاری می‌کنیم که اولین کربن پیوند سه‌گانه شماره کوچکتری را داشته باشد.
   
   
2. نام گروهها و شماره کربن محل آنها را معین و به ترتیب الفبای انگلیسی مرتب می‌کنیم.
   
   
3. با ذکر شماره کربن محل پیوند سه‌گانه و تغییر نام آخر زنجیر از ane به yne نامگذاری به پایان می‌رسد.

ساختمان استیلن

اتین یا استیلن ، کوچکترین عضو خانوده بزرگ آلکینها (استیلنی‌ها) می‌باشد. به طریق کوانتوم مکانیکی ، اگر بخواهیم با دو اتم هیدروژن ، مولکولی را ایجاد کنیم، لازم است کربن‌ها با یک پیوند سه‌گانه به یکدیگر متصل شوند. برای ایجاد مولکولی اتمهای کربن باید هیبرید sp داشته باشند. یکی از این اوربیتالهای هیبریدی به کربن و دیگری به هیدروژن متصل و اوربیتالهای p_y و P_z نیز دو پیوند π را ایجاد می‌کنند.

با شناختی که از دو پیوند دوگانه کربن به کربن و کربن به هیدروژن آلکنها داریم، انتظار می‌رود که طول پیوند سه گانه کربن- کربن و کربن- هیدروژن در استیلنی‌ها کوتاهتر باشد. طول پیوند سه گانه کربن- کربن 1,20 آنگستروم و کربن- هیدروژن 1,60 آنگستروم اندازه گیری شده است.

خواص فیزیکی آلکینها

خواص فیزیکی آلکینها ، مشابه آلکنهای هم کربن است. آلکینها ، ترکیباتی با قطبیت کمتر می‌باشند که در حلالهای با قطبیت کمتر مثل تتراکلرید کربن ، بنزن و اترها بخوبی حل می‌شوند، ولی در آب نامحلولند. همانند سایر هیدروکربنها سبکتر از آب هستند. بررسی و مقایسه نقطه ذوب و جوش این مواد نشان می‌دهد که با افزایش تعداد کربن نقطه جوش افزایش می‌یابد و با شاخه‌دار شدن کاهش می‌یابد.

ساختمان بوتین

روشهای آزمایشگاهی تهیه آلکینها

دو روش کلی برای تهیه آلکینها وجود دارد:

1. تبدیل یک آلکین به آلکینهای دیگر است که با تغییر و بزرگ کردن آلکینهای کوچک امکان‌پذیر می‌باشد.
2. ایجاد پیوند سه گانه کربن- کربن در مولکول می‌باشد که با انجام واکنشهای شیمیایی مناسب انجام پذیر می‌باشد.

روشهای صنعتی تهیه استیلن

استیلن ، کوچکترین عضو خانوده استیلنی‌هاست و در صنعت از اهمیت ویژه‌ ای برخوردار است. به عنوان ماده اولیه و پیش ماده در سنتز و تهیه مواد شیمیایی مختلف مورد نیاز می‌باشد. از این رو ، روشهای صنعتی زیادی برای تولید انبوه این ماده ابداع شده است.

• کاربید کلسیم از واکنش آهک و زغال کک و در دمای بالا (با استفاده از کوره های الکتریکی) تهیه می‌شود. حسن این ماده در این است که قابل نگهداری و به سهولت قابل حمل می‌باشد و لذا در هر جا و مکانی تهیه استیلن امکان‌پذیر می‌باشد.

CaO + 3C → C₂Ca + H₂O → H-C≡C-H

• از اکسید شدن جزئی و محدود متان در دمای بالا نیز استیلن در اشل صنعتی تولید می‌شود. با این روش صنعتی ، ضمن این که استیلن سنتز می‌شود، گازهای با ارزش هیدروژن و منوکسید کربن نیز تولید می‌شود که اهمیت سنتزی فراوان دارد (به عنوان مثال در سنتز متانول مورد استفاده قرار می‌گیرند).

6CH₄ + O₂ → 2CO + 10H₂ + 2H-C≡C-H

• از اکسید شدن متان در دمای حدود 1500 درجه سانتی‌گراد و در مدت زمان بسیار کوتاه 0.1 ثانیه نیز استیلن و هیدرژن تولید می‌گردد.

2CH₄ → H-C≡C-H + 3H₂

معرفی مجله

 

	Pipeline and Gas Technology	عنوان
	Pipeline and Gas Technology (ISSN# 1540-3688) is published 8 times per year (monthly except June, April, July, November) by Hart Energy Publishing.	توضيحات
	www.pipelineandgastechnology.com	وب سايت
	Free Subscription	اشتراك

 

ادامه نوشته

الماس

مقدمه

شاید به زودى تصور متداول درباره الماسها به کلى دگرگون شود. الماسهایى که بخاطر زیبایى ، کمیاب بودن و زمان طولانى تولیدشان ارزش فوق العاده‌اى داشتند، امروزه در آزمایشگاه و در مدت زمانى حدود یک ساعت بوجود مى‌آیند. اینکه این دگرگونى چه تأثیرى در صنعت جواهرسازى یا قیمت الماسهاى طبیعى در بازار خواهد داشت هنوز در پرده‌اى از ابهام است. اما درباره نقش این الماسهاى آزمایشگاهى در تکنولوژى ، شایعه‌هایى برخاسته از مجامع علمى به گوش مى‌رسد.

بیشتر از هشتاد درصد از الماسهاى معدنى طبیعى به مصارف صنعتى از قبیل ابزارهاى برش یا مواد ساینده براى تراشکارى و پرداخت دیگر سنگهاى قیمتى ، فلزات ، گرانیت و شیشه مى‌رسند. استفاده از الماس به عنوان نیم رسانا نیز نیازمند شرایط ویژه‌اى مثل بالاترین درجه خلوص ، بهترین بلورینگى و تعیین اتمها به لحاظ الکتریکى فعال براى ایجاد گذرگاه الکتریکى در وسیله مورد نظر است.

اما تمامى الماسهاى طبیعى بخاطر نقصها ، ناخالصیها و ساختار ضعیفشان براى مصارف الکترونیکى نامناسبند. حتى با اینکه الماسهاى مصنوعى و طبیعى داراى کیفیت جواهرى بسیار ارزشمند هستند، اما ممکن است بخاطر رگه‌هاى ناچیز ناخالصیها براى استفاده به عنوان نیم رسانا مناسب نباشند. در واقع تنها خالصترین این سنگها در کاربردهاى الکترونیکى پرقدرت از سلفونها گرفته تا کامپیوترهاى شخصى و خطوط ارتباطاتى قابل استفاده‌اند.

دورنماى الماس

میزان ذخیره الماس جهان در سال 1979 بدین شرح می‌باشد. زئیر 120 ، شوروی (سابق) 250 ، آفریقای جنوبی 72 ، بوستوانا 60 ، نامیبیا 15 ، آنگولا 20 ، سیرالئون 6 و لسوتو 5 میلیون قیراط ذخیره دارند. همچنین میزان الماس تولیدی جهان در سال 1979 بدین شرح می‌باشد: زئیر 11160 ، شوروی (سابق) 10700 ، آفریقای جنوبی 7640 ، بوتسوانا 3340 ، نامیبیا 1950 ، عتا 1500 ، آنگولا 750 ، ونزوئلا 750 و سیرالئون با 710 قیراط بیشترین تولید الماس جهان را به خود اختصاص داده‌اند.

تولید الماس

الماس بطور طبیعى تحت فشارهاى زیاد اعماق زمین و در زمانى طولانى شکل مى‌گیرد. اما در آزمایشگاه مى‌توان به کمک دو فرآیند مجزا در زمانى بسیار کوتاهتر الماس تولید کرد. فرآیند فشار بالا _ دما بالا (HP HT) اساساً تقلیدى است از فرآیند طبیعى شکل گیرى الماس در حالى که فرآیند رسوب گیرى بخار شیمیایى (CVD) دقیقاً خلاف آن عمل مى‌کند. در واقع CVD بجاى وارد کردن فشار به کربن براى تولید الماس با آزاد گذاشتن اتمهاى کربن به آنها اجازه مى‌دهد با ملحق شدن به یکدیگر به شکل الماس در آیند.

این دو تکنیک براى اولین بار در دهه 1950 کشف شدند. به گفته باتلر که هفده سال روى تولید الماس با استفاده از تکنیک CVD کار کرده است «از آنجا که پیشگامان تولید الماس بدون فشار بالا در دهه 1950 با تمسخر سایرین از میدان به در شدند. تکنولوژى CVD هنوز دوران کودکى‌اش را سپرى مى‌کند.» هر دو فرآیند قادرند با سرعتى خیره کننده الماسهایى با کیفیت جواهر تولید کنند، اما در نهایت این فرآیند CVD است که بخاطر کنترل ساده ناخالصى و اندازه محصول براى تکنولوژیهاى الکترونیکى مناسب‌ترین خواهد بود.

فرآیند CVD با قرار دادن ذره بسیار کوچکى از الماس در خلأ آغاز مى‌شود. سپس گازهاى هیدروژن و متان به محفظه خلأ جریان مى‌یابند. در ادامه پلاسماى تشکیل شده باعث شکافته شدن هیدروژن به هیدروژن اتمى مى‌شود که با متان واکنش مى‌دهد تا رادیکال متیل و اتمهاى هیدروژن بوجود آیند. رادیکال متیل نیز به ذره الماس مى‌چسبد تا الماس بزرگ شود. رشد الماس در تکنیک CVD ، فرآیندى خطى است، بنابراین تنها عوامل محدودکننده اندازه محصول در این روش بزرگى ذره ابتدایى و زمان قرار دادن آن در دستگاه است.

به گفته دیوید هلیر (D. Hellier) ، رئیس بخش بازاریابى کمپانى ژمسیس ، «فرآیند HP HT نیز با ذره کوچکى از الماس آغاز مى‌شود. هر ذره الماس در محفظه‌هاى رشدى به اندازه یک ماشین لباسشویى ، تحت دما و فشار بسیار بالا درون محلولى از گرانیت و کاتالیزورى فلزى غوطه‌ور مى‌شود. در ادامه تحت شرایط کاملاً کنترل شده‌اى این الماس کوچک به تقلید از فرآیند طبیعى ، مولکول به مولکول و لایه به لایه شروع به رشد مى‌کند.»

گر چه جنرال الکتریک در تولید الماسها به این روش پیشگام است و الماسهاى ساخته شده با تکنیک HP HT را براى مصارف صنعتى به بازار عرضه مى‌کرد اما تا پیش از آنکه کمپانى ژمسیس با ساده سازى این فرآیند امکان تولید نمونه‌هایى با کیفیت جواهر را فراهم کند، هرگز آن الماسها به عنوان سنگهاى قیمتى به فروش نرسیده بودند.

در واقع الماسهاى زینتى مصنوعى بخش کوچک و در عین حال پر سودى از صنعت الماس را تشکیل مى‌دهند. این الماسهاى رنگى که در مقایسه با همتاهاى بى‌رنگ شان فوق العاده کمیاب و در نتیجه بسیار گرانبها ترند با توجه به نوع ناخالصیها در رنگهاى گوناگون از قرمز و صورتى گرفته تا آبى ، سبز و حتى زرد روشن و نارنجى تولید مى‌شوند. در واقع این الماسها مى‌توانند چنان کیفیت بالایى داشته باشند که حتى ماشینهاى ساخته شده براى تشخیص سنگهاى مصنوعى از طبیعى در تفکیکشان از یکدیگر دچار مشکل شوند، همانطور که امروزه برخى از بزرگترین الماس فروشان در صنعت نیز به زحمت از پس آن بر مى‌آیند.

شباهت فوق العاده نمونه هاى مصنوعى و طبیعى باعث شده است تا تاجران الماس براى تشخیص الماسهاى رنگى مصنوعى از سنگهاى طبیعى دست به دامن آزمایشگاههاى الماس بلژیک و دیگر نقاطى شوند که بطور سنتى عهده دار تجزیه و تحلیل و تأیید الماسها از نظر بزرگى قیراط ، رنگ و شفافیت هستند.

تشخیص الماسهای مصنوعی

آزمایشگاه آنتورپ و چند تایى دیگر در سراسر جهان براى تشخیص الماسهاى مصنوعى بطور عمده از دو نوع دستگاه استفاده مى‌کنند. در دستگاه نوع اول با تابش نور به الماس مشخصات طیفى نور جذب یا ساطع شده تجزیه و تحلیل مى‌شود. اگر نشانه‌هایى از الماس مصنوعى مشاهده شد، آزمایشگاه دستگاه دوم را بکار مى‌گیرد که این دستگاه براى آشکار ساختن ساختار درونى کریستال از نور فرابنفش استفاده مى‌کند. این دستگاهها نقصهاى موجود در الماس را حتى در مقیاس میکروسکوپى یا اتمى نیز بررسى مى‌کنند.

در واقع الماسها نیز درست مثل درختان داراى حلقه‌هاى رشدى در اطراف هسته درونى هستند. الماسهایى که در آزمایشگاه تولید یا براى تغییر رنگ دستکارى شده باشند، ساختار رشد متفاوتى از خود نشان مى‌دهند. بنابراین با اینکه آزمایشگاهها با استفاده از این دستگاهها قادر به تشخیص الماسهاى مصنوعى از طبیعى هستند اما نگرانى عمده در صنعت الماس جایى است که افراد بدون این دستگاهها توانایى تشخیص سنگهاى مصنوعى را نخواهند داشت.

الماس مصنوعی

این نوع الماس برای نخستین بار توسط گروهی از دانشمندان سوئدی در سال 1953ساخته شده است. جنرال الکتریک در سال 1954 برای اولین مرتبه با استفاده از گرافیت در فشار 50 تا 60 کیلو بار و دمای 1500 درجه سانتیگراد توانست الماس مصنوعی بسازد.
در روش جدید که توسط ژاپنیها ابداع گردیده ، بخار کربن بر روی یک صفحه سرد جمع می‌شود، ابتدا CH₄ و H₂ در میکروویو در دمای بیش از 2000 درجه سانتیگراد حرارت داده می‌شود و بخار کربن بر روی یک صفحه سرد متمرکز می‌شود.

موارد مصرف الماس

الماس دارای مصارف صنعتی و زینتی است. گر چه الماس را بیشتر به عنوان زینت بخش می‌شناسند، ولی بیش از 80 درصد آن به مصارف صنعتی می‌رسد. میزان الماس مصرفی در صنعت از 74 درصد در سال 1934 به 89 درصد در سال 1979 فزونی گرفته است. مصارف عمده الماس در صنعت جهت برش مواد بسیار سخت نظیر فولادهای آلیاژی و کاربید تنگستن ، ساییدن ، اره کردن سنگ و بتون و حفاریها بکار می‌رود.

تقسیم بندی الماسها بر اساس مصارف صنعتی

الماسها بر اساس مصارف صنعتی آنها به چهار گونه تقسیم می‌شوند:

1. الماس صنعتی که به علت شکل و رنگ آن ، مصرف زینتی ندارد.
2. الماس بورت که قطعه‌های کوچک و شکل نامناسب دارد.
3. الماس کاربونادو که مخلوطی از الماس ، گرافیت و کربن بی‌شکل (آمورف) است.
4. الماس بالاس
   
   12.5 درصد الماس تولیدی جهان به مصرف ساخت مته‌های حفاری و چاله زنی می‌سرد. 2.5 درصد دیگر هم از الماس تولیدی در ساختن ماشینهای برش و پولیش و 75 درصد دیگر به صورت پودر و یا مواد ساینده به مصرف می‌رسد. مصارف صنعتی الماس به اختصار شامل ، مته‌های الماسی ، مواد ساینده‌ها ، اره‌های الماسی ، لوازم دندانپزشکی و جراحی و دستگاههای برشی و پولیش می‌گردد.

الماس در صنعت الکترونیک

به گفته جیمز باتلر (J.Butler)، یکى از شیمیدانان محقق در آزمایشگاه تحقیقات نیروى دریایى ایالات متحده ، به لحاظ تاریخى سه مشکل عمده سر راه استفاده از الماسهاى طبیعى در کاربردهاى الکترونیکى وجود داشته است. الماسهاى طبیعى همیشه به شکل بازدارنده‌اى براى استفاده همه جانبه گران بوده‌اند و یافتن سنگهاى بزرگ با خلوص کافى نیز بسیار دشوار است. علاوه بر این هیچ دو سنگى دقیقاً شبیه هم نیستند و خواص منحصر به فرد در هر یک مى‌تواند مشکلاتى را در مدارهاى الکترونیکى به بار آورد. آخرین مشکل در استفاده از الماس براى کاربردهاى الکترونیکى و کامپیوترى نیز نیاز به دو نوع الماس یعنى سنگهاى نوع n و p براى هدایت الکترونیکى بوده است.

در دستگاههاى مجتمع باید از هر دو نوع الماس نیمه رساناى n و p استفاده کرد، اما الماسهاى نوع n بطور طبیعى وجود ندارند و الماسهاى نوع p الماس آبى ، به قدرى نادرند که هیچ راه مقرون به صرفه‌اى براى استفاده از آنها پیدا نشده است. به هر حال الماسهاى مصنوعى این مشکلات را برطرف مى‌کنند. به گفته رابرت لینارس (R. Linares) ، بنیان گذار کمپانى آپولو دیاموند براى مثال مى‌توان با افزودن ناخالصى فلز برون به الماس ، نوع P یعنى الماس آبى را تولید کرد.

بطور مشابه دانشمندان مى‌توانند با افزودن فسفر به الماسهاى بى رنگ ، الماس نوع n را نیز تولید کنند. ما براى استفاده از الماس به نوع نیمه رسانا در دستگاههاى الکترونیکى پرقدرت نیاز به ترکیبى لایه‌اى از این دو نوع الماس داریم. علاوه بر این با توجه به اینکه الماسهاى بى‌رنگ خالص در عمل بیشتر از آنکه رسانا باشند عایق هستند، مى‌توان لایه‌هایى از آنها را به این ترکیب افزود.

امروزه نیم رساناهاى بسیارى مثل سیلیکون در گستره وسیعى از دستگاههاى الکترونیکى بکار مى‌روند. اما الماس با توجه به دامنه تغییرات حرارتى و سرعت فوق العاده بیشترش ، تنها در مقایسه با خلاء است که عنوان دومین نیم رساناى برتر جهان را به خود اختصاص مى‌دهد. الماس با داشتن چنین ویژگیهایى و بخصوص امروز که آزمایشگاه قادر به تولید سنگهاى خالص و ناخالص کنترل شده‌اند، مى‌تواند پایه گذار انواع سراسر نوینى از دستگاههاى الکترونیکى پرقدرت باشد. با اینکه استفاده از الماس در صنایع الکترونیک به چند دهه دیگر واگذار شده است، اما به اعتقاد لینارس این سنگ قیمتى صنایع نیم رسانا سازى را به کلى دگرگون خواهد کرد.

برخى از کاربردهاى عملى الماس

• لوازم الکترونیکى ولتاژ و توان بالا مثل ترنهاى سریع السیر.
• دستگاههاى فرکانس بالا مثل رادارهاى پرقدرت و ایستگاههاى مخابراتى سلولى.
• دستگاههاى میکرو و نانو الکترو مکانیکى مثل ساعتها و فیلترهاى تلفنهاى سلولى.
• محاسبات کوانتومى مثل موارد مورد نیاز در ارتباطات امن.
• آشکارساز پرتوهاى پر انرژى مثل پرتو سنجهاى پزشکى.
• اپتیک و لیزرهاى پرقدرت مثل آنچه در کابل و خطوط تلفن یا پنجره شاتلهاى فضایى بکار می‌رود.
• الکترودهاى الماسى مقاوم به خوردگى که مى‌تواند محیطهاى آلوده را پاک کند.

طنز هيدروژني

 

هيدروژن با اين كه وجوه مشتركي با بعضي از گروه ها  داشت نتوانست در هيچ يك از گروه‌هاي جدولي تناوبي اجازه‌ي اقامت كسب كند. ابتدا به سراغ قليايي‌ها رفت    و با آن‌ها اظهار قوميّت كرد. قليايي‌ها چون او را مانند خود پوشيده در اوربيتال  ديدند و به خصوص       شنيده بودند گاه او را با عنوان كاتيون نام مي‌برند وي را در گروه خود پذيرفتند. حتي ليتيم اتاق فوقاني را به او اختصاص داد. امّا بعد حركاتي از هيدروژن سر زد كه باعث گفتگوها و ايجاد شك و ترديدها گرديد.

ليتيم به سديم گفت او گاه براي برقراري پيوندها با ما اظهار تمايل مي‌كند. كِي اين رسم بين ما بود؟

سديم: شنيده‌ام H كاملاً عريان است و هيچ پوششي از الكترون ندارد. واقعاً بي‌شرمي نيست؟

ليتيم: اگر الكترون هم پيدا كند. گاز مي‌شود, فرار مي‌كند. او بندبشو نيست. ما عنصر گازي نداشتيم؟

سديم: اگر H در فعاليت‌هاي الكتروليتي مانند ما به كاتد مي‌رود يك نيرنگ است. شنيده‌ايم گاه در چهره‌ي هيدريد H و به طور مذاب به آند مي‌رود.

کربن

کربن عنصری شیمیائی در جدول تناوبی است ، با نشان C و عدد اتمی 6. کربن عنصری غیر فلزی و فراوان ، چهارظرفیتی ودارای سه صورت مختلف( آلوتروپی ) می باشد:

• الماس ( سخت ترین کانی شناخته شده)
• گرافیت( یکی از نرم ترین مواد)
• Covalend bound sp1 orbitals are of chemical interest only

فولریت ( فولرینز، مولکولهایی در حد بیلیونیوم متر هستند که در شکل ساده آن ، 60 اتم کربن یک لایه گرافیتی با ساختمان 3 بعدی منحنی ، شبیه به روروئک (روروئکی که قسمت جلوی آن مانند چوب اسکی خم شده) ، تشکیل می دهند .
دوده چراغ از سطوح کوچک گرافیت تشکیل شده . این سطوح بصورت تصادفی توزیع شده، به همین دلیل کل ساختمان آن ایزوتروپیک است .

چنین کربنی ایزوتروپیک و مانند شیشه محکم است. لایه های گرافیت آن مانند کتاب مرتب نشده اند ، بلکه مانند کاغذ خرد شده می باشند.

الیاف کربن شبیه کربن شیشه ای می باشند . تحت مراقبتهای خاص ( کشیدن الیاف آلی و کربنی کردن) می توان لایه های صاف کربن را در جهت الیاف مرتب کرد . هیچ لایه کربنی در جهت عمود بر محور الیاف قرار نمی گیرد . نتیجه الیافی با استحکام بیشتر از فولاد می باشد .
کربن در تمامی جانداران وجود داشته و پایه شیمی آلی را تشکیل می دهد.همچنین این غیر فلز ویژگی جالبی دارد که می تواند با خودش و انواع زیادی از عناصر دیگر پیوند برقرار کند( تشکیل دهنده بیش از ده میلیون ترکیب ).در صورت ترکیب با اکسیژن تولید دی اکسید کربن می کند که برای رشد گیاهان ، حیاتی می باشد.در صورت ترکیب با هیدروژن ترکیبات مختلفی بنام هیدرو کربنها را بوجود می آورد که به شکل سوختهای فسیلی، در صنعت بسیار بنیادی هستند. وقتی هم با اکسیژن و هم با هیدروژن ترکیب گردد ،گروه زیادی از ترکیبات را از جمله اسیدهای چرب را می سازند که برای حیات و استر ، که طعم دهنده بسیاری از میوه ها است ، ضروری است.ایزوتوپ C-14 به طور متداول در سن یابی رادیواکتیو کاربرد دارد.

ویژگیهای قابل توجه

کربن به دلایل زیادی قابل توجه است. اشکال مختلف آن شامل یکی از نرم ترین ( گرافیت ) و یکی از سخت ترین ( الماس) موادر شناخته شده توسط انسان می باشد. بعلاوه کربن میل زیادی به پیوند با اتمهای کوچک دیگر از جمله اتمهای دیگر کربن ، داشته و اندازه بسیار کوچک آن امکان پیوندهای متعدد را بوجود می آورد. این خصوصیات باعث شکل گیری ده میلیون ترکیبات کربنی شده است .ترکیبات کربن زیر بنای حیات را در زمین می سازند و چرخه کربن – نیتروژن قسمتی از انرژی تولید شده توسط خورشید و ستارگان دیگر را تامین می کند.

کربن در اثر انفجار بزرگ( Big Bang) حاصل نشده ، چون این عنصر برای تولید نیاز به یک برخورد سه مرحله ای ذرات آلفا ( هسته اتم هلیم) دارد. جهان در ابتدا گسترش یافت و به چنان به سرعت سرد شد که امکان تولید آن غیر ممکن بود. به هر حال ، کربن درون ستارگانی که در رده افقی نمودار H-R قرار دارند ، یعنی جائی که ستارگان هسته هلیم را با فرایند سه گانه آلفا به کربن تبدیل می کنند ، تولید شد.

کاربردهـــــــــا

کربن بخش بسیار مهمی در تمامی موجودات زنده است و تا آنجا که می دانیم بدون این عنصر زندگی وجود نخواهد داشت( به برتر پنداری کربن مراجعه کنید).عمده ترین کاربرد اقتصادی کربن ، فرم هیدروکربنها می باشد که قابل توجه ترین آنها سوختهای فسیلی ، گاز متان و نفت خام است.نفت خام در صنایع پتروشیمی برای تولید محصولات زیادی از جمله مهمترین آنها بنزین ، گازوئیل و نفت سفید بکار می رود که از طریق فرآیند تقطیر در پالایشگاهها بدست می آیند. از نفت خام مواد اولیه بسیاری از مواد مصنوعی ، که بسیاری از آنها در مجموع پلاستیک نامیده می شوند ، شکل می گیرد.

سایر کاربردها :

• ایزوتوپ C-14 که در 27 فوریه 1930 کشف شد در سن یابی کربن پرتوزا مورد استفاده است.
• گرافیت در ترکیب با خاک رس بعنوان مغز مداد بکار می رود.
• الماس جهت تزئین ونیز در مته ها و سایر کاربردهایی که سختی آن مورد استفاده است کاربرد د ارد.
• برای تولید فولاد، به آهن کربن اضافه می کنند.

کربن در میله کنترل در رآکتورهای اتمی بکار می رود.

• گرافیت به شکل پودر و سفت شده بعنوان ذغال چوب برای پخت غذا ،در آثار هنری و موارد دیگر مورد استفاده قرار می گیرد.
• قرصهای ذغال چوب در پزشکی که به صورت قرص یا پودر وجود دارند برای جذب سم از دستگاه گوارشی مورد استفاده اند.

خصوصیات ساختمانی و شیمیایی فولرن به شکل ریزتیوب کربن ، کاربردهای بالقوه امیدوار کننده ای در رشته در حال شکل گیری نانوتکنولوژی ذارد.

تاریخچـــــه

کربن ( واژه لاتین carbo به معنی ذغال چوب) در دوران ماقبل تاریخ کشف شد و برای مردم باستان که آنرا از سوختن مواد آلی در اکسیژن ضعیف تولید می کردند ، آشنا بود.( تولید ذغال چوب).مدت طولانی است که الماس بعنوان ماده ای زیبا و کمیاب به حساب می آید. فولرن ،آخرین آلوتروپ شناخته شده کربن در دهه 80 بعنوان محصولات جانبی آزمایشات پرتو مولکولی کشف شدند.

اشکال مختلف، ( آلوتروپها)

تاکنون چهار شکل مختلف از کربن شناخته شده است: غیر متبلور(آمورف) ، گرافیت ، الماس و فولرن .

کربن در نوع غیر بلورین آن اساسا گرافیت است اما بصورت ساختارهای بزرگ بلورین وجود ندارد.این شکل کربن ، بیشتر بصورت پودر است که بخش اصلی موادی مثل ذغال چوب و سیاهی چراغ ( دوده ) را تشکیل می دهد.
در فشار معمولی کربن به شکل گرافیت در می آید که در آن هر اتم با سه اتم دیگر بصورت حلقه های شش وجهی- درست مثل هدروکربنهای مطر - به هم متصل شده اند. هردو گونه شناخته شده از گرافیت ، آلفا (شش ضلعی ) و بتا ( منشور شش وجهی که سطوح آن لوزی است) خصوصیات فیزیکی مشابه دارند تنها تفاوت آنها در ساختار بلوری آنها می باشد.گرافیتهای طبیعی شامل بیش از 30% نوع بتا هستند در حالیکه گرافیتهای مصنوعی تنها حاوی نوع آلفا می باشند.نوع آلفا از طریق پردازش مکانیکی می تواند به بتا تبدیل شود و نوع بتا نیز براثر حرارت بالای 1000 درجه سانتیگراد دوباره بصورت آلفا بر می گردد.

گرافیت به سبب پراکندگی ابر pi هادی الکتریسیته است. این ماده نرم بوده و ورقه های آن که اغلب بوسیله اتمهای دیگر تفکیک شده اند ، تنها بوسیله نیروهای وان در والس به هم چسبیده اند به گونه ایکه به راحتی یکدیگر را کنار می زنند.

معرفی کتاب

 

فولرن ها (کربن 60)

بهروز روزبهانی (گردآورنده)، پوریا امیدوار (گردآورنده)

   

قیمت پشت جلد:

14000 ریال

 

مشخصات کتاب

• تعداد صفحه: 144
• نشر: دانشگاه صنعت نفت (18 اردیبهشت، 1384)
• شابک: 964-6256-73-2
• قطع کتاب: رقعی
• وزن: 400 گرم

شیمی آلی

 

شیمی آلی بخشی از دانش شیمی است که بررسی هیدروکربن‌ها می‌‌پردازد. به همین دلیل به آن شیمی ترکیبات کربن نیز گفته می‌شود . پسوند «آلی» یادگار روزهایی است که مواد شیمیایی را بسته به این که از چه منبعی به دست می‌آمدند، به دو دسته معدنی و آلی تقسیم می‌کردند.

مواد معدنی آنهایی بودند که از معادن استخراج می‌شدند و مواد آلی آنهایی که از منابع گیاهی یا حیوانی یعنی از موادی که توسط موجودات زنده تولید می‌شدند، به دست می‌آمدند.

در واقع تا پیرامون سال ۱۸۵۰ بسیاری از شیمیدانان معتقد بودند، که خاستگاه مواد آلی باید موجودات زنده باشند و در نتیجه این مواد را هرگز نمی‌توان از مواد معدنی سنتز نمود.

موادی که از منابع آلی به دست می‌آیند، در یک خصوصیت مشترکند: همه آنها دارای عنصر کربن هستند.

حتی پس از آن که مشخص شد این مواد لزوماً نبایستی از منابع زنده به دست آیند و می‌توان آنها را در آزمایشگاه سنتز کرد، باز هم مناسبت داشت تا نام آلی برای توصیف آنها و موادی همانند آنها حفظ شود. این تقسیم‌بندی بین مواد معدنی و آلی تا به امروز حفظ شده است.

امروزه اگر چه هنوز بسیاری از ترکیبات کربن به آسانی از منابع گیاهی و جانوری بدست می‌آیند، ولیکن بسیاری از آنها نیز سنتز می‌شوند. از ترکیبات گاهی از مواد معدنی مانند کربناتها و سیانیدها سنتز می‌شوند ولی غالباً از سایر مواد آلی تهیه می‌گردند.

دو منبع بزرگ مواد آلی که از آنها مواد آلی ساده تأمین می‌شوند، نفت و ذغال سنگ است. (هر دو اینها از مفهوم قدیمی «آلی» بوده و فراورده تجزیه (کافت) گیاهان و جانوران هستند). این ترکیبات ساده به عنوان مصالح ساختمانی، در ساختن ترکیبات بزرگ‌تر و پیچیده‌تر مصرف می‌شوند.

نفت و زغال سنگ سوختهای فسیلی هستند که در طی هزاران سال بر روی هم انباشته شده وغیر قابل جایگزینی هستند. این مواد — بویژه نفت — جهت رفع نیازهای انرژی که به طور دایم در حال افزایش است، با سرعت خطرناکی مصرف می‌گردند. امروزه کمتر از ۱۰٪ نفت برای ساختن مواد شیمیایی مصرف می‌شود و قسمت اعظم آن برای تولید انرژی سوزانده می‌شود. خوشبختانه منابع دیگری برای ایجاد نیرو از قبیل منبع خورشیدی، گرمای زمین، باد، امواج، جزر و مد و انرژی هسته‌ای وجود دارد.

اما چگونه می‌توان منبع دیگری به جای مواد آلی پیدا نمود؟ البته در نهایت باید به جایی که سوختهای سنگواره‌ای از آنجا ناشی می‌شوند یعنی توده زیستی برگشت نمود، اما این بار به طور مستقیم و بدون دخالت هزاران سال. توده زیستی قابل تجدید است و چنانچه به طور مناسب مصرف شود، تا زمانی که ما بر روی این سیاره بتوانیم وجود داشته باشیم آن هم باقی می‌ماند. در ضمن می‌گویند که نفت با ارزش‌تر از آن است که سوزانده شود.

چه خصوصیتی در ترکیبات کربن وجود دارد که آنها را از ترکیبات مربوط به صد و چند عنصر دیگر جدول تناوبی متمایز می‌سازد؟ لااقل قسمتی از این جواب به نظر می‌رسد که چنین باشد: تعداد بسیار زیادی از ترکیبات کربن وجود دارند که مولکولهای آنها می‌توانند بسیار بزرگ و پیچیده باشد.

تعداد ترکیباتی که دارای کربن هستند چندین برابر بیشتر از تعداد ترکیبات بدون کربن است. این مواد آلی در خانواده‌های مختلف قرار می‌گیرند، و معمولاً در بین مواد معدنی، همتایی ندارند.

مولکولهای آلی شامل هزاران اتم شناخته شده‌اند، و ترتیب قرار گرفتن اتمها حتی در مولکولهای نسبتاً کوچک بسیار پیچیده است. یکی از مسایل اصلی در شیمی آلی، آگاهی از طرز قرار گرفتن اتمها در مولکولها و یا تعیین ساختمان ترکیبات است.

راه‌های زیادی برای شکستن این مولکولهای پیچیده و یا نوآرایی آنها برای ایجاد مولکولهای جدید وجود دارد؛ روشهای مختلفی برای اضافه نمودن اتمهای جدید به این مولکولها و یا جایگزین نمودن اتمهای جدید به جای اتمهای قدیم وجود دارد. بخش کلان شیمی آلی به پژوهش در مورد این واکنشها اختصاص دارد، یعنی تشخیص این که این واکنشها کدامند، چگونه انجام می‌شوند و چگونه می‌توان از آنها برای سنتز یک ترکیب دلخواه استفاده نمود.

اتمهای کربن می‌توانند به میزانی که برای اتم هیچ عنصر دیگری مقدور نیست، به یکدیگر بپیوندند. اتمهای کربن می‌توانند زنجیرهایی شامل هزاران اتم و یا حلقه‌هایی با اندازه‌های متفاوت ایجاد نمایند؛ زنجیرها و حلقه‌ها می‌توانند دارای شاخه و پیوندهای عرضی باشند. به اتمهای کربن این زنجیرها و حلقه‌ها، اتمهای دیگری که عمدتاً هیدروژن و همچنین فلویور، کلر، برم، ید، اکسیژن، نیتروژن، گوگرد، فسفر و سایر اتمهای گوناگون میپیوندد.

هر آرایش مختلف از اتمها مربوط به ترکیب متفاوتی است، و هر ترکیب یک رشته ویژگیهای شیمیایی و فیزیکی ویژه خود را دارد. از این رو غیرمنتظره نیست که امروزه بیشتر از ده میلیون ترکیب شناخته شده کربن وجود داشته باشد و هر سال به این تعداد نیم میلیون ترکیب تازه افزوده گردد. تعجب‌آور نیست که بررسی این ترکیبات، رشته ویژه‌ای را در شیمی به خود اختصاص دهد.

شیمی آلی اهمیت فوق‌العاده زیادی در تکنولوژی دارد و در واقع، شیمی رنگدانه‌ها و داروها، کاغذ و جوهر، رنگهای نقاشی و پلاستیکها، بنزین و تایرهای لاستیکی است؛ همچنین، شیمی غذایی است که می‌خوریم و لباسی است که می‌پوشیم.

شیمی آلی شالوده زیست‌شناسی و پزشکی است. ساختمان موجودات زنده، به غیر از آب، عمدتاً از مواد آلی ساخته شده‌اند؛ مولکولهای مورد بحث در زیست‌شناسی مولکولی همان مولکولهای آلی هستند. زیست‌شناسی در مقیاس مولکولی همان شیمی آلی است.

شاید دور از انتظار نباشد که بگوییم ما در عصر کربن زندگی می‌کنیم. هر روزه، روزنامه‌ها ذهن ما را متوجه ترکیبات کربن نظیر کلسترول و چربیهای اشباع نشده، هورمونها و استروییدها، حشره‌کشها و فرومونها، عوامل سرطانزا و شیمی درمانی، DNA و ژنها می‌نمایند. به خاطر نفت، جنگها به راه افتاده است.

وقوع دو فاجعه بشریت را تهدید می‌کند و هر دو ناشی از تجمع ترکیبات کربن در جو است؛ یکی نازک شدن لایه ازون که عمدتاً به واسطه وجود کلروفلویورو کربنها است و دیگری پدیده گلخانه که به خاطر حضور متان، کلروفلویور و کربنها و سرآمد همه کربن دی‌اکسید است.

شاید به همین مناسبت بوده است که مجله Science در سال ۱۹۹۰، الماس را که یکی از فرمهای آلوتروپی کربن است به عنوان مولکول سال انتخاب کرده است. و مولکول آلوتروپ تازه‌یاب فولرن باکمینستر کربن ۶۰ (buckminsterfullerene-C۶۰) است که هیجان بسیاری را در دنیای شیمی ایجاد کرده است، هیجانی که از «زمان ککوله تاکنون» دیده نشده است.

در بحث شیمی آلی، آموختن اعداد یونانی و پیشوندهای اعداد یونانی به عنوان یک پیش نیاز مطرح می‌گردد. این اعداد در نام گذاری انواع هیدرو کربن‌ها مصرف دارند.

فولرن

اطلاعات اولیه

فولرن‌ها ، مولکول‌هایی قفس‌مانند هستند که شکل هندسی بیست‌وجهی برش‌خورده دارند. این مولکول‌ها می‌توانند به فرم C₆₀ ،C₇₀ و C₇₈ و ... باشند. نام آنها از نام معمار معروف ، "باکمینستر فولر" گرفته شده است. وی طراح گنبدهای ژئودزیک بود. C₆₀ از گرما دادن گرافیت تشکیل می‌شود.

تاریخچه

در سال 1990 ، "ولفگانک" (Wolfgang Kratschmer) ، "دنوالدهافمن" (Donald Huffmann) و همکارانشان ، توصیفی از نخستین روش عملی C₆₀ ارائه دادند. ساختمان C₆₀ و بوجود آمدن آن را پنج سال پیش از آن ، "کروتو" از دانشگاه سالسکس ، "اسمالی" و "کرل" از دانشگاه رایس به اثبات رسانده بودند.

کروتو ، اسمالی و کرل ، C₆₀ را بعنوان اجزای پایداری از مخلوط خوشه‌های کربنی تشکیل شده از تبخیر لیزری گرافیت یافتند.

ساختمان فولرن

فولرن از شبکه پنج‌گوشه‌ها و شش‌گوشه‌ها تشکیل شده است. یک فولرن برای آنکه بصورت یک شکل کروی بسته شود، باید دقیقا 12 وجه پنج گوشه داشته باشد، ولی تعداد وجهای شش گوشه می‌تواند بطور گسترده‌ای تغییر کند. ساختمان C₆₀ ، دارای 20 وجه شش‌گوشه و C₇₀ ، دارای 25 وجه شش‌گوشه است. هر کربن فولرن ، دارای هیبرید sp² است و با سه اتم دیگر ، پیوندهای سیگما تشکیل می‌دهد.

الکترون باقیمانده در هر کربن ، درون سیستمی از اوربیتالهای مولکولی درحال گردش است که به کل مولکول ، ماهیت آروماتیکی می‌بخشد.

شیمی فولرن‌ها

شیمی فولرن‌ها حتی از سنتز آنها جالبتر است. فولرن‌ها دارای الکترون خواهی بالایی بوده و براحتی از فلزات قلیایی الکترون پذیرفته ، یک فاز فلزی جدید (نمک باکید) ایجاد می‌کنند. یکی از این نمکها ، K₃C₆₀ ، یک بلور فلزی پایدار است که از ساختار مکعب وجه‌ مرکزدار باکی بالها با یک اتم پتاسیم در مرکز مکعب تشکیل می‌شود. این ترکیب در صورت سرد شدن تا دمای 18 درجه کلوین به یک ابر رسانا تبدیل می‌شود. حتی فولرنهایی سنتز شده‌اند که در داخل قفس اتمهای کربن ، حاوی اتمهای فلز هستند.

یک نمونه مولکول فولرن

خواص فولرن C₆₀

فولرن C₆₀ ، دارای یک سری خواص جالب بیولوژیکی است. مانند متوقف کردن ویروس ایدز ( HIV ) ، شکستن DNA بطریقه فوتونی ، حفاظت عصبی و ...

مزایا و معایب فولرن

کم‌حلال بودن فولرن‌ها در سیالات ، کاربرد این مواد را بعنوان مواد مؤثر دارویی محدود می‌کند. ولی اندازه آب‌گریزی ، سه بعدی بودن و خواص الکترونی آن باعث کنار نگذاشتن آن بعنوان دارو می‌شود. بعنوان مثال ، شکل کروی آنها باعث ایجاد توانایی و قرار گرفتن مولکولهای فولرن در محلولهای آب‌گریز آنزیمها یا سلولها می‌شود و این عمل ، باعث ایجاد خواص دارویی

اخبار

ترکیب جدید فولرن برای کاهش آلایندگی بنزین توسط محققان ایرانی تهیه شد

محققان پژوهشگاه صنعت نفت با استفاده از فرلون به عنوان یکی از فرمهای کربن خالص موفق به تهیه ترکیباتی برای کاهش مصرف بنزین و آلاینده های منتشره از اگزوز شدند.
 

به گزارش خبرگزاری مهر، دکتر بهرام قنبری مسئول پروژه گفت: فولرن C60 مولکول کروی شکل است که فقط از کربن ساخته شده و امروزه گستره خصوصیات این مولکول به حدی رسیده که پژوهشگران و صاحب نظران صنعتی بر این باورند درآیندهای نه چندان دور این نانوذره سهم قابل توجهی در علوم مختلف خواهد داشت.

وی در ادامه افزود  : زمینه هایی چون ساخت ابزار مربوط به فناوری های اطلاع رسانی، پژشکی، داروسازی، محیط زیست و منابع وابسته به انرژی از جمله عرصه هایی هستند که افق های آتی کاربرد های فولرن را تشکیل می دهند. همچنین گفته می شود که این نانوذرات سبب کاهش مصرف سوخت و افزایش توان (عملکرد) موتور خودرو می شوند.

قنبری تاکید کرد: در این راستا در پژوهشکده شیمی و پتروشیمی پژوهشگاه صنعت نفت از دو سال گذشته با بکارگیری نانوذرات فولرن، ترکیباتی ساخته شد که در بنزین و روغن های موتور تجارتی قابل حل هستند و نتایج تست های استاندارد بر روی بنزین فرموله شده با فولرن و مشتقات آن نشان می دهند که در دو سوی ترکیبات از قابلیت کاهش مصرف بنزین برخوردارند و از سوی دیگر این ترکیبات می توانند به نحو قابل ملاحظه سبب کاهش آلاینده های منتشره از اگزوز شوند.

وی اضافه کرد : با افزودن ترکیبات فولرن دار تهیه شده در پژوهشگاه صنعت نفت، عملکرد روغن موتور تجارتی در شرایط سخت افزایش یافته و طول عمر آن افزایش می یابد. اخیرا نیز محققین این مرکز موفق به ساخت دستگاه تهیه دوده حاوی این نانوذرات به عنوان ماده اولیه قابل استفاده در موارد فوق شده اند.

قنبری خاطرنشان کرد : این دستگاه در حال حاضر قادر به تولید دوده فولرن دار است. در این دوده دو نوع فولرن به ترتیب با 60 کربن (C60) و 70 کربن (C70) با نسبت 75 به 25 وجود دارند.