دید کلی

بطور کلی تمام عناصر پایدار همراه با عناصر ناپایداری ‌که نیم عمر خیلی طویل دارند، در طبیعت یافت می‌شوند. لیکن از متلاشی شدن رادیواکتیوی و تکثیر ایزوتوپی ، تغییر فاحشی در وفور و فراوانی آنها پیدا می‌شود. می‌خواهیم بدانیم چه هسته‌ها و عنصرهایی بیشتر در طبیعت وجود دارند.

قاعده اودو - هارکسنیس

این قاهده عنوان می‌دارد که عناصری با اوزان اتمی قابل بر تقسیم بر چهار 86.5% مجموعه جرم لایه علیای لیتوسفر را تشکیل می‌دهد و با توجه به ساختمان و پایداری هسته اتمی عناصری که عدد اتمی آنها زوج است، باید بیش از عناصری که عدد اتمی آنها فرد است وجود داشته باشند. شاهد این مدعا همانا وجود هشت عنصر Ca , S , Mg , Si , Ni , Fe , O به میزان کلی 98.6% در سنگهای آسمانی می‌باشد.

اما در همه جا بطور کلی صدق کرده که هر عنصر با عدد اتمی زوج ، فراوان‌تر از عناصر بلاواسطه طرفین خود که عدد اتمی آنها فرد است یافت می‌شود و بطور کلی مقدار آن بطور متوسط 70 برابر است و در حالات خاصی و استثنایی وفور و فراوانی هر عنصر با عدد اتمی زوج برابر معدل فراوانی دو عنصر بلاواسط آن می‌شود و شاهد این مدعا عناصری می‌باشند که از نظر ژئوشیمی باهم بستگی دارند، یا به عبارت دیگر باهم در طبیعت یافت می‌شوند که مثال بارز آن ، لانتانیدها می‌باشند که از لحاظ شیمیایی همگن‌ترین گروه جدول تناوبی و از نظر ژئوشیمی بهترین دلیل اثبات قاهده "اودو - هارکنیس" می‌باشند.

منحنی تغییرات فراوانی عناصر لانتانید

وقتی منحنی تغییرات لانتانیدها را نسبت به عدد اتمی ، Z ، برای تمام منابع ، جو خورشید ، سنگهای آسمانی و کانی‌ها رسم می‌کنیم، ملاحظه می‌شود که تمام نقاط ماکزیمم را عناصری که عدد اتمی Z آنها مانند Nb , Pr , Ce و غیره زوج و نقاط مینیمم را عناصر با عدد اتمی فرد مانند Eu , Pm , La و غیره است، اشغال کرده‌اند و جالب‌تر آنکه اغلب نقاط ماکزیمم و مینیمم بر روی یک خط قرار گرفته‌اند، یعنی وفور آنها یکسان است.

استثنای قاعده اودو - هارکینس

این قاعده نیز مانند قوانین دیگر دارای استثنا می‌باشد و نمی‌توان آن را در همه جا صادق دانست. از جمله این استثنا فراوانی بیشتر (S(Z=16 از (P(Z=15 و یا (Mg(Z=12 از Na(Z=11) و یا (Mn(Z=25 از (Cr(Z=24 است.

رابطه فراوانی عناصر با هسته‌های عناصر

بطور کلی فراوانی عناصر با قوانین هسته بستگی دارد و فراوانی هسته‌های پایدار که بحث مفصل آن به فیزیک هسته بیشتر مربوط می‌شود، تابع سه عامل قرار می‌گیرد؛ یکی انرژی پیوندی هسته یا انرژی غلاف بندی هسته و دیگری به عدد جرم A یعنی مجموع پروتونها و نوترونهای هسته ، زیادتی و مازاد نوترونها. منظور از انرژی پیوند هسته این است که معلوم داریم چگونه ذرات نوترون و پروتون ، اگر هسته را محض سهولت فهم متشکل از این دو ذره بدانیم، در درون هسته به هم پیوسته‌اند.

بر اساس تئوری نوترون و پروتون هسته اتمی ، هر هسته دوترون ، شامل یک نوترون و یک پروتون است. وقتی به مقایسه جرم یک پروتون آزاد و یک نوترون آزاد با جرم یک دوترون که از اتحاد آنها بدست آمده است، می‌پردازیم ملاحظه می‌شود که مجموع جرم پروتون و نوترون برابر با 2.01712 است و حال آنکه جرم دوترون برابر با H = 2.01474 می‌باشد این اختلاف جرم 0.00238 بر حسب واحد جرم اتمی amu ناشی از سنجش غیر دقیق جرم نیست، بلکه به سبب اتلاف انرژی است که بکار رفته تا این دو ذره را به هم پیوند دهد.

محاسبه فراوانی بر حسب عدد نوترون N

اولین محاسبه ایزوتوپها در 1937 توسط "گلدشمیت" انجام گرفت که منحنی آن قابل رسم و تفسیر است و به همان نظم و ترتیبی که در سایر منحنیها مشاهده می‌شود، برخورد می‌کنیم.

محاسبه فراوانی از روی عدد جرم

در 1937، "گلدشیمت" به محاسبه جمع مقادیر ایزوبارها پرداخت و از روی آن توانست منحنی تغییرات (Log S = f(A را رسم کند که S ، مقدار وفور را نشان می‌دهد.

1. فراوانی هسته‌ها با عدد جرم فرد با جرم عناصر منظما تغییر می‌پذیرد و هسته‌ها که در مجاورت خود ایزوبار دارند، از این قاعده مستثنا هستند. مانند Os , Te , Sn , Sr . در این حالات وقتی دو ایزوبار با یک عدد جرم A وجود دارند، جمع فراوانی ایزوبارها منظما تغییر می‌پذیرد.
   
   
2. فراوانی هسته‌ها با عدد جرم زوج و با اختلاف مشابه و مساوی نوترونها یعنی N - Z منظما با جرم تغییر می‌پذیرد. وقتی به رسم تغییرات در سه بعد (N , Z , Log S) می‌پردازیم، ملاحظه می‌شود که فراوانی تمام هسته‌ها که عدد جرم آنها زوج است بر روی یک سطح منحنی قرار می‌گیرند، اما برای این قاعده هم موارد استثنایی وجود دارد.
   
   
3. برای هسته‌های متوسط و سنگین که عدد جرم آنها فرد و یا زوج می‌باشد می‌توان قاعده زیر را بیان داشت. برای عدد جرم ایزوباری که اختلاف نوترونی آن پایین‌تر است، فراوانی کمتر است. A=70 چهار مورد استثنایی 142 , 116 ,110 , 76 پیدا شده است.

نتایج بررسیها

با توجه به قواعد فراوانی مذکور در فوق که با حقایق فیزیکی هسته وفق می‌دهد. "سوئس" موفق شد که به محاسبه مجدد فراوانی کهکشانی عناصر متوسط و سنگین بپردازد و مقادیری را که "گلدشیمیت" برای لانتانیدها محاسبه کرده بود پایه و اساس قرار دهد. مقادیر حاصله کاملا با حقایقی که در مورد ساختمان ایزوتوپی عناصر کشف شده بود وفق می‌داد. بر حسب "سوئس" ، مقادیر جدید فراوانی معلوم می‌دارد که عناصر زیر در سنگهای آسمانی نسبت به سایر منابع کهکشانی وجود ندارد و یا به مقدار خیلی ناچیز وجود دارند.





باید توجه داشت که این سه دسته عناصر از نظر شیمیایی و آرایش الکترونی مشابه می‌باشند و فقدان آنها سبب واکنشهای ثانویه دیگری است. مقادیر جدید وفور که از روی منحنی نمایش آنها داده می‌شود، بخوبی عنوان می‌دارد که بعضی هسته‌ها که عدد اتمی Z (عدد پروتونی) و عدد نوترونی N معین و مشخص دارند، تفوق حاصل نموده‌اند. چنانچه هسته‌هایی که N آنها 82 , 50 , 28 , 20 و Z آنها 82 , 74 , 50, 28 است، در کهکشانها فراوان می‌باشند. به همین ترتیب هسته‌هایی که زیادتی نوترون آنها 26 , 24 , 12 , 4 است از سایر هسته‌ها فراوانترند

تعریف گالوانومتر:

بسته به مقدار جریان اثرهای آن به میزان متفاوت بروز می کنند. بنابر این برای اندازه گیری جریان می توان از هر یک از اثرهای شیمیای ، گرمایی یا مغناطیسی آن استفاده کرد وسایلی که برای اندازه گیری جریان به کار می روند، گالوانومتر نامیده می شود.

گالوانومتر ساده:

ساده ترین نوع گالوانومتر با استفاده از اثر گرمایی جریان ساخته شده است. این گالوانومتر دارای دو سیم نازک است که یکی از سیم ها در دو انتهایش ثابتند. و جریان گذرنده از آن اندازه گیری می شود. سیم نازک و محکم دوم دور محور عقربه پیچیده شده است. وسط سیم کشیده اول را به فنر کشیده ای وصل می کنند که سر دیگرش به بدنه گالوانومتر متصل است.

بر اثر جریان ، سیم اول گرم و دراز می شود. رشته سیم که توسط فنر کشیده می شود عقربه گالوانومتر را به اندازه زاویه معینی می چرخاند که بستگی به دراز شدن سیم یعنی شدت جریان الکتریکی دارد. صفحه گالوانومتر برای جریان بر حسب آمپر ، میلی آمپر مدرج می شود. در این صورت گالوانومتر آمپرسنج یا میلی آمپر سنج نامیده می شود.

آمپرسنج برای اندازه گیری جریان:

برای اندازه گیری جریان گالوانومتر یا آمپرسنج باید طوری اتصال داده شود که جریان کل مدار بتواند از آن عبور کند. برای این منظور باید در نقطه ای مدار را قطع و دو انتهایش را به قطب آمپر سنج وصل کرد. به عبارت دیگر آمپرسنج را باید به طوری متوالی در مدار قرار داد. چون جریان حالت ثابت را اندازه می گیریم. اینکه وسیله را به کدام قسمت از مدار وصل کنیم اهمیتی ندارد در صورتیکه در جریانهای متغییر چنین نیست.

ولت سنج برای اندازه گیری ولتاژ:

با استفاده از گالوانومتر نه فقط جریان بلکه ولتاژ را نیز می توان اندازه گرفت. زیرا بنابر قانون اهم این کمیت ها متناسبند. اگر دو کمیت با یکدیگر متناسب باشند با وسیله ای که به طور مناسب مندرج شده باشد می توان هر دو کمیت را اندازه گرفت. مثلاً تاکسی متر که فاصله طی شده را اندازه می گیرد، می توان برحسب کیلومتر مدرج کرد. ولی چون کرایه با فاصله متناسب است، درجات شمارنده را بطور مستقیم به پول پرداختی مدرج می کنند. به طوری که مستقیماً کرایه را نشان می دهد.

به همین ترتیب صفحه گالوانومتر را می توان طوری مدرج کرد که بتواند بطور مستقیم هم جریان برحسب آمپر عبور کرده از وسیله و هم ولتاژ دو سر آن را برحسب ولت اندازه بگیرد. بنابر این گالوانومتری که برای جریان مدرج می شود آمپرسنج ، در حالی که وسیله ای که برای ولتاژ مدرج می شود و لت سنج نام دارد.

دستگاه ها ی مرکب:

در حالت کلی اگر جریان I از گالوانومتر عبور کند، باید بین قطب های ورودی و خروجی آن ولتاژ معین U وجود داشته باشد. فرض کنید که مقاومت داخلی گالوانومتر یعنی مقاومت قسمت هایی از آن که جریان از آنها عبور می کند، R باشد (برای گالوانومتر ها با مغناطیس دائمی R مجموع تاب و سیم های رابط است، در حالی که برای گالوانومترهای با سیم افروزشی R مجموع مقاومت سیم گرم شده و رابط هاست).

بنابر قانون اهم U=IR می باشد. پس برای یک گالوانومتر معین ، هر مقدار از جریان با مقدار معینی از ولتاژ در دو سر قطب های آن متناظر است. بنابر این جای قرار گرفتن عقربه می تواند هم جریان و هم ولتاژ را نشان دهد. یعنی دستگاه را می توان هم به عنوان آمپرسنج و هم به عنوان ولت سنج مدرج کرد.

چگونگی قراردادن ولت سنج در مدار:

با استفاده از یک ولت سنج مدرج می توان اختلاف پتاسیل الکتریکی بین هر دو نقطه از مدار را اندازه گرفت. مثلا اگر اختلاف پتاسیل دو سر یک لامپ رشته ای را که از چشمه جریانی تغذیه می کند بخواهید اندازه گیری کنید. باید دو سر ولت سنج را به دو سر لامپ ببندید. به عبارتی ولت سنج جهت سنجش اختلاف پتاسیل (ولتاژ) دو نقطه از مدار یا یک عنصری از مدار بصورت موازی در مداز گذاشته می شود.

به عبارتی ولتاژ گذرنده از ولت سنج همان ولتاژ تمامی قسمت هایی از مدار است که آرایش موازی با ولت سنج دارد. در صورتیکه در مورد آمپر سنج قرارگیری در مدار بصورت متوالی است. و با اندازه گیری جریان گذرنده از یک تکه از مدار جریان کل مدار را می دهد، که باید با جریان المان مداری اندازه گیری شده ، برابر باشد.

مقاومت درونی ولت سنج:

ولت سنج را به جزئی از مدار که ولتاژ دو سر آن باید اندازه گیری شود به طور موازی می بندند. و از این رو جریان معینی ازمدار اصلی از آن می گذرد. پس ازاینکه ولت سنج وصل شد، جریان و ولتاژ درمدار اصلی قدری تغییر می کند. به طوری که حالا مداری متفاوت از رساناها داریم، که شامل رساناهای قبلی و ولت سنج است. مثلا با اتصال ولت سنج با مقاومت R_v به طوری موازی با لامپی که مقاومتش R_b است مقاومت کل مدار بصورت

(R= R_b/(1+R_b/R_v خواهد بود. هر چه مقاومت ولت سنج در مقایسه با مقاومت لامپ بزرگتر باشد، اختلاف بین مقاومت ولت سنج باید تا حد امکان بزرگ اختیار شود. برای این منظور یک مقاومت اضافی را که ممکن است مقاومتش به چند هزار اهم برسد، گاهی به طور متوالی به قسمت اندازه گیر ولت سنج می بندند.

مقاومت درونی آمپرسنج:

برخلاف ولت سنج، آمپرسنج همیشه در مدار به طور متوالی بسته می شود اگر مقاومت آمپرسنج R_a و مقاومت مدار R_c باشد، مقاومت کل مدار با آمپرسنج برابر می شود با :
(R=R_c(1+R_a/R_c
بنابر این در صورتیکه مقاومت وسیله در مقایسه با مقاومت مدار کوچک باشد بر طبق رابطه اخیر وسیله مقاومت کل مدار را زیاد تغییر نمی دهند. بنابر این مقاومت آمپرسنج ها را خیلی کوچک انتخاب می کنند (چنددهم یاچندصدم اهم).

 شیمی تجزیه (Analytical chemistry) ، شامل جداسازی ، شناسایی و تعیین مقدار نسبی اجزای سازنده یک نمونه ‌از ماده ‌است. شیمی تجزیه کیفی ، هویت شیمیایی گونه‌ها را در نمونه آشکار می‌سازد. تجزیه کمی ، مقدار نسبی یک یا چند گونه یا آنالیت را به‌صورت عددی معلوم می‌دارد. پیش از انجام تجزیه کمی ‌، ابتدا لازم است اطلاعات کیفی بدست آید. معمولا تجزیه کیفی و کمی ‌شامل یک مرحله جداسازی نیز هستند.

نقش شیمی ‌تجزیه در علوم

شیمی تجزیه نقش حیاتی در توسعه علوم دارد. به عنوان مثال ، "ویلهلم اسوالد" (Wilhelm Ostwald) در سال 1894 نوشت:

««شیمی ‌تجزیه یا هنر تشخیص مواد مختلف و تعیین اجزای سازنده آن ، نقش اول را در کاربردهای مختلف علوم دارد؛ چرا که پاسخگوی سوالاتی است که در هنگام اجرای فرایندهای شیمیایی برای مقاصد علمی ‌و فنی مطرح می‌شود. اهمیت فوق‌العاده آن ، باعث شده ‌است که ‌از همان دوران نخستین تاریخ شیمی ‌، مجدانه شروع به رشد و توسعه کند و سوابق موجود شامل بخش قابل ملاحظه ای از کارهای کمی ‌است که تمامی‌ علوم را در بر می‌گیرد".»»

از زمان اسوالد تاکنون ، شیمی‌ تجزیه ‌از یک هنر به یک علم در زمینه‌های مختلف صنعت ، طب و سایر علوم ، تحول و تکامل یافته ‌است. به‌عنوان مثال :

• برای تعیین کارآیی وسایل کنترل دور ، لازم است مقدار هیدروکربنها ، اکسیدهای نیتروژن و منوکسید کربن موجود در گازهای اگزوز اتومبیل اندازه گیری شوند.
  
  
• اندازه گیری کمّی‌ کلسیم یونیده در سرم خون ، ما را در تشخیص مرض پاراتیروئید در بیماران یاری می‌کند.
  
  
• با اندازه گیری کمی نیتروژن در مواد غذایی ، میزان پروتئین موجود در آنها و در نتیجه ‌ارزش غذایی آنها معلوم می‌شود.
  
  
• مقدار مرکاپتان موجود در گازهای مصرفی خانه‌ها بطور مستمر تحت کنترل قرار می‌گیرد تا از وجود مقدار معینی مرکاپتان برای ایجاد بوی نامطبوع که هشدار دهنده نشت گاز است، اطمینان حاصل کنند.
  
  
• کشاورزان متجدد ، کود شیمیایی و آبیاری را به نحوی تنظیم می‌کنند که منطبق با نیاز گیاه در طی فصلهای رشد باشد. آنها این نیاز را از تجزیه کمی‌ گیاه و خاکی که گیاه در آن می‌روید، معلوم می‌کنند.
  
  
• ‌اندازه گیری‌های کمی ‌دارای نقش حیاتی در بسیاری از کارهای پژوهشی در زمینه‌های شیمی‌ ، زیست شناسی ، زیست شیمی ‌، زمین شناسی و سایر علوم است.

طبقه‌بندی روشهای تجزیه کمی

نتایج یک تجزیه کمی ‌را از دو اندازه گیری بدست می‌آوریم. یکی وزن یا حجم نمونه مورد اندازه گیری است و دوم ، اندازه گیری کمیتی است که با مقدار ماده مورد تجزیه در آن نمونه متناسب می‌باشد. معمولا در مرحله دوم ، تجزیه ، کامل می‌شود. شیمیدانان روشهای تجزیه را بر طبق طبیعت این اندازه گیری اخیر طبقه‌بندی می‌کنند. در یک روش وزنی ، جرم آنالیت یا جرم ماده‌ای که بطور شیمیایی به آن ارتباط دارد، تعیین می‌شود. در یک روش حجمی ‌، حجم محلولی که دارای مقدار کافی واکنشگر برای واکنش کامل با آنالیت است، اندازه گیری می‌شود.

روشهای الکتروشیمیایی شامل اندازه گیری خواصی نظیر پتانسیل ، جریان ، مقاومت و مقدار الکتریسیته است. روشهای طیف‌بینی بر مبنای اندازه گیری برهمکنش بین تابش الکترومغناطیسی و اتمها یا مولکولهای آنالیت (اثر تابش بر ماده) و یا تولید چنین تابشی توسط آنالیت استوارند.

بالاخره ، باید به چند روش متفرقه نیز اشاره کرد. این روشها شامل اندازه گیری خواصی چون نسبت جرم به بار ( طیف سنجی جرمی‌ ) ، سرعت واپاشی پرتوزایی ، گرمای واکنش ، رسانندگی گرمایی ، فعالیت نوری و ضریب شکست است.

انتخاب روش تجزیه

اولین مرحله حیاتی در هر تجزیه کمی ‌، انتخاب روش است. انتخاب گاهی دشوار است و به تجربه و بصیرت شیمیدان بستگی دارد. از عوامل مهم در انتخاب روش ، میزان صحت مورد انتظار است. متاسفانه برای دستیابی به نتایج بسیار مطمئن ، همواره لازم است که وقت زیادی نیز صرف شود. معمولا ، روش را بر اساس مصالحه بین میزان صحت و جنبه‌های اقتصادی انتخاب می‌کنند.

دومین عاملی که در ارتباط با جنبه‌های اقتصادی در نظر گرفته می‌شود، تعداد نمونه‌های مورد تجزیه ‌است. اگر تعداد نمونه‌ها زیاد باشد، در آن صورت می‌توان وقت زیادی را صرف عملیات مقدماتی نظیر نصب و درجه‌بندی دستگاه‌ها و وسایل و همچنین تهیه محلولهای استاندارد کرد، اما اگر فقط یک نمونه یا نهایتا تعداد کمی ‌نمونه داشته باشیم، شاید صلاح در انتخاب روشی باشد که مراحل مقدماتی را یا نداشته و یا حداقل ممکن را داشته باشد.

نمونه برداری

برای دستیابی به ‌اطلاعات ارزشمند ، لازم است تجزیه بر روی نمونه ای انجام شود که ترکیب آن ، کاملا معرف تمامی ‌ماده‌ای که نمونه ‌از آن انتخاب شده ‌است، باشد. هنگامی‌ که ماده بزرگ و ناهمگن است، برای انتخاب نمونه نماینده باید سعی و دقت بسیار معطوف شود. نمونه برداری چه ساده باشد، چه پیچیده ، شیمیدان قبل از آغاز عملیات تجزیه باید از اینکه نمونه آزمایشگاهی نماینده کل محموله ‌است، اطمینان یابد.

تهیه نمونه آزمایشگاهی

یک نمونه جامد آزمایشگاهی را آسیاب می‌کنند تا اندازه ذرات آن کاهش یابد، سپس مخلوط می‌کنند تا همگن شود و قبل از انجام تجزیه بر روی آن ، برای مدت زمانهای مختلف نگهداری می‌کنند. در هر یک از این مراحل ، برحسب میزان رطوبت محیط ، ممکن است جذب یا دفع سطحی آب اتفاق افتد. چون ممکن است جذب یا دفع آب باعث تغییرات شیمیایی در نمونه شود، لذا بهتر است نمونه‌ها را درست قبل از انجام تجزیه ، خشک کنیم. روش دیگر آنکه ، رطوبت نمونه را همزمان با انجام تجزیه بر روی نمونه ، طبق یک روش جداگانه ، اندازه گیری کنیم.

استفاده ‌از نمونه‌های همتا

اکثر تجزیه‌های شیمیایی بر روی نمونه‌های همتا که وزن یا حجم آنها با دقت توسط ترازوی تجزیه و یا یک وسیله حجمی ‌دقیق تعیین شده ‌است، انجام می‌شود. همتاسازی موجب ارتقای کیفیت نتایج و همچنین معیاری برای قابلیت اطمینان آنها خواهد بود.

تهیه محلولهای نمونه

بیشتر تجزیه‌ها بر روی محلول حاصل از نمونه‌ها انجام می‌شود. در حالت ایده‌آل ، حلال باید تمامی ‌نمونه (نه فقط آنالیت) را به‌سرعت و بطور کامل حل کند. شرایط انحلال باید در حد امکان ملایم باشد تا مانع از اتلاف آنالیت شود. متاسفانه بسیاری از مواد مورد تجزیه در حلالهای معمولی نامحلولند. مواد سیلیکاتی ، بسپارهای با جرم زیاد یا نسوج حیوانی از این قبیل هستند. در چنین مواردی تبدیل آنالیت به حالت محلول می‌تواند یک امر دشوار و وقت‌گیر باشد.

حذف تداخل کننده‌ها

تعداد کمی ‌از خواص شیمیایی و فیزیکی مهم در تجزیه‌های شیمیایی به گونه شیمیایی خاصی منحصر است. در عوض ، واکنشهایی که بکار می‌رود و خواصی که ‌اندازه گیری می‌شود، شامل ویژگی گروهی از عناصر و ترکیبات است. گونه‌های غیر از آنالیت را که بر اندازه گیری نهایی موثرند، «تداخل کننده» می‌نامند. تدابیری باید اندیشید تا قبل از اندازه گیری نهایی ، آنالیت از تداخل کننده‌ها جدا شود. هیچ قاعده و قانون قطعی برای حذف تداخل کننده‌ها نمی‌توان ذکر کرد که حل این مساله ، دشوارترین مرحله یک تجزیه ‌است.

درجه‌بندی و اندازه گیری

تمامی ‌نتایج حاصل از تجزیه به ‌اندازه گیری نهایی X که یک خاصیت فیزیکی آنالیت است، بستگی دارد. این خاصیت باید به صورت معین و تکرارپذیر با تغییر غلظت آنالیت C_A تغییر کند. در حالت ایده‌آل ، خاصیت فیزیکی اندازه گیری شده ، مستقیما با غلظت متناسب است. یعنی :


که در آن k ثابت تناسب است. برای روشهای تجزیه ، باید مقدار k به صورت تجربی و با C_A معلوم تعیین شود. فرایند تعیین مقدار k مرحله مهمی ‌است و به نام درجه‌بندی موسوم است.

محاسبه نتایج

معمولا ، محاسبه غلظت آنالیت با استفاده ‌از داده‌های تجربی ، بویژه با ماشینهای محاسبه و کامپیوتر مدرن ، یک امر ساده و سرراست است. چنین محاسباتی بر مبنای داده‌های خام که در مرحله ‌اندازه گیری بدست آمده‌اند و همچنین استوکیومتری واکنش شیمیایی که تجزیه بر اساس آن انجام یافته ‌است و بالاخره عوامل دستگاه ، ‌استوار است.

ارزیابی نتایج و برآورد میزان اطمینان آنها

نتایج تجزیه بدون برآورد میزان اطمینان آنها کامل نیست. شخص آزمایش کننده ، برای آنکه داده‌ها ارزشمند باشند، لازم است میزان عدم قطعیت نتایج محاسبه شده را معلوم کند (محاسبه خطا).

جدول تناوبی عناصر شیمیایی نمایشی از عناصر شیمیایی است که براساس ساختار الکترونی مرتب شده است، بطوریکه بسیاری از خواص شیمیایی بصورت منظم در طول جدول تغییر نماید. جدول اولیه بدون اطلاع از ساختار داخلی اتمها ساخته شد: اگر عناصر را بر حسب جرم اتمی آنها مرتب نمائیم، و آنگاه نمودار خواص معین دیگر آنها را بر حسب جرم اتمی رسم نمائیم، میتوان نوسان یا تناوب این خواص را بصورت تابعی از جرم اتمی مشاهده نمود. اولین کسی که توانست این نظم را مشاهده نماید، یک شیمیدان آلمانی به نام Johann Wolfgang D?einer بود. او متوجه تعدادی تثلیث از عناصر مشابه شد:
نمونه تثلیث ها
عنصر جرم اتمی چگالی------ عنصر جرم اتمی چگالی
Cl 35.5 1.56 g/L ------ Ca 40.1 1.55 g/cm3
Br 79.9 3.12 g/L ------ Sr 87.6 2.6 g/cm3
I 126.9 4.95 g/L ------ Ba 137 3.5 g/cm3

و به دنبال او، شیمیدان انگلیسی John Alexander Reina Newlands متوجه گردید که عناصر از نوع مشابه در فاصله‌های هشت تایی یافت می شوند، که آنها را با نت‌های هشتگانه موسیقی شبیه نمود، هرچند که قانون نت‌های او مورد تمسخر معاصرین او قرار گرفت. سرانجام شیمیدان آلمانی Lothar Meyer و شیمیدان روسی Dmitry Ivanovich Mendeleev تقریبا بطور همزمان اولین جدول تناوبی را، با مرتب نمودن عناصر بر حسب جرمشان، توسعه دادند (ولی مندلیف تعداد کمی از عناصر را خارج از ترتیب صریح جرمی، برای تطابق بهتر با خواص همسایگانشان رسم نمود. این کار بعدها با کشف ساختار الکترونی عناصر در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم توجیه گردید). فهرست عناصر بر اساس نام، علامت اختصاری و عدد اتمی موجود میباشد. شکل زیر جدول تناوبی عناصر شناخته شده را نمایش میدهد. هر عنصر با عدد اتمی و علامتهای شیمیایی. عناصر در یک ستون ("گروه") از لحاظ شیمیایی مشابه می باشند.

 

کد رنگ برای اعداد اتمی:

عناصر شماره گذاری شده با رنگ آبی ، در دمای اتاق مایع هستند؛
عناصر شماره گذاری شده با رنگ سبز ، در دمای اتاق بصورت گاز می باشند؛
عناصر شماره گذاری شده با رنگ سیاه ، در دمای اتاق جامد هستند.
عناصر شماره گذاری شده با رنگ قرمز ، ترکیبی بوده و بطور طبیعی یافت نمی شوند(همه در دمای اتاق جامد هستند)
عناصر شماره گذاری شده با رنگ خاکستری ، هنوز کشف نشده‌اند (و بصورت کم رنگ نشان داده شده‌اند تا گروه شیمیایی را که در آن قرار می گیرند، مشخص نماید.(

و می توانید دراین کلید واژه جدول برای تشدید مغناطیسی را بیابید.

تعداد لایه الکترون در یک اتم تعیین کننده ردیفی است که در آن قرار می گیرد. هر لایه به زیرلایه های متفاوتی تقسیم میشود، که هر اندازه عدد اتمی افزایش می یابد، این لایه ها به ترتیب زیر:

1s
2s 2p
3s 3p
4s 3d 4p
5s 4d 5p
6s 4f 5d 6p
7s 5f 6d 7p
8s 5g 6f 7d 8p

...
براساس ساختار جدول پر میشوند. از آنجائیکه الکترونهای خارجی ترین لایه، خواص شیمیایی را تعیین مینمایند، این لایه ها در میان گروهای یکسان مشابه اند.عناصر همجوار با یکدیگر در یک گروه، علیرغم اختلاف مهم در جرم، دارای خواص فیزیکی مشابه میباشند. عناصر همجوار با یکدیگر در یک ردیف دارای جرم های مشابه ولی خواص متفاوت میباشند.

برای مثال، عناصر بسیار نزدیک به نیتروژن (N) در ردیف دوم کربن(C) و اکسیژن(O) میباشند. علیرغم تشابه آنها در جرم ( که بصورت ناچیزی در واحد جرم اتمی تفاوت دارند)، دارای خواص بینهایت متفاوتی هستند، همانطور که با بررسی فرمهای دیگر میتوان ملاحظه نمود: اکسیژن دو اتمی یک کاز است که سوختن را تشدید می نماید، نیتروژن دو اتمی یک گاز است که سوختن را تشدید نمی کند، و کربن یک جامد است که میتواند سوزانده شود( بله، میتوان الماس را سوزاند(

در مقایسه، عناصر بسیار نزدیک به کلر (Cl) در گروه یکی مانده به آخر در جدول «هالوژن‌ها) فلوئور( F) و برم( Br) میباشند. علیرغم تفاوت فاحش جرم آنها در گروه، فرمهای دیگر آنها دارای خواص بسیار مشابه میباشند: آنها بسیار خورنده ( بدین معنی که تمایل خوبی برای ترکیب با فلزات، برای تشکیل نمک هالاید فلز)؛ کلر و فلوئور گاز هستند، درحالیکه برم یک مایع با تبخیر بسیار کم میباشد؛ کلر و برم بسیار رنگی هستند.

دانلود کتاب شیمی آلی1، تالیف مک موری، به زبان انگلیسی:

 

Size: 4.39 MB

 

دانلود

در ابتدای این مطلب بهتر است تعریفی از کریستال داشته باشیم:

یک ساختار کریستالین در واقع در نتیجه اتصال اتم ها و مولکولها (Packing) در یک شبکه بلوری خاص می باشد.در کل 14 شبکه بلورین وجود دارد که ترکیبات به طور کلی در این شبکه ها متبلور می شوند.
همانگونه که می دانیم تکنیکهای گسترده ای مانند: IR,NMR,Mass,ESR,Uv جهت شناسایی مواد وجود دارند که عموماً نمی توان با استفاده از یکی از آنها شناسایی دقیقی انجام داد.در واقع تنها تکنیکی که به ما ساختار دقیق ، جهت گیری فضایی و طول پیوندها را می دهد XRD یا تکنیک پراش اشعه X است.برای به کار گیری این تکنیک ما باید ترکیب مورد نظر را کریستاله کنیم.
قطر مناسب کریستال برای استفاده در این تکنیک بین 5/0 تا 45/0 میلی متر می باشد.
اما برای تهیه کریستال تکنیکهای بیشماری وجود دارد که معمولاً هر تکنیکی برای یک دسته از ترکیبات مناسبتر است.ابتدا باید نکاتی از قبیل پایداری و حساسیت های ترکیب سنتز شده (اکسید شدن ? جذب آب ، تفکیک شدن دمایی و...) در نظر گرفته شود.
مهمترین مرحله برای کریستاله کردن انتخاب حلال است.همچنین خالص بودن ترکیب بسیار بسیار مهم است (در صورت وجود ناخالصی یک مخلوط روغنی در ته ظرف بوجود می آید).پس خالص سازی ترکیب گام نخست است (توسط حل کردن مجدد در حلال مناسب و سپس صاف کردن).انتخاب ظرف برای کریستاله کردن هم می تواند مهم باشد.بهترین حالت استفاده از ظروف با تحدب یکنواخت (مثل بالون یا ارلن) که تمیز و در عین حال خش دار (سایتهای مناسب برای القاء کریستالیزاسیون) می باشد.
یکی از عمومی ترین این روشها، کریستالیزه کردن بوسیله تبخیر آهسته حلال است.به این منظور بهترین حلال ،حلالی است که نقطه جوش پایین و فراریت بالایی داشته در ضمن ترکیب مورد نظر را هم با کمی حرارت کاملاً در خود حل کند.ازمناسبترین این حلالها می توان ،اتانول (EtOH)با نقطه جوش 78 درجه،استونیتریل(CH3CN) با نقطه جوش 76 ،دی کلرو متان (CH2Cl2) با نقطه جوش 42 را نام برد.

در دنیای دانش و فناوری، علوم گوناگونی وجود دارند که هر یک به نوبه خود و با توجه به اکتشافات و اختراعات وابسته به آن علم، خودنمایی می‌کنند؛ علومی همچون فیزیک، شیمی، ریاضی و... دانشمندان علم فیزیک بر این باورند که مادر همگی علوم، علم فیزیک است.
اصول اصلی «ترموداینامیک» بیانگر این خاصیت ترانهادگی متغیر دماست؛ بر این اساس که دو جسم هم‌دما در تقابل با جسم سوم، به دمای یکسان می‌رسند.
دیگر اینکه «ترموداینامیک» بیانگر پایستاری انرژی درونی است. انرژی درونی عبارت است از «تفاضل انرژی حرارتی داده ‌شده به ‌انرژی بکار گرفته ‌شده.» به عنوان مثال اگر دو جسم گرم و سرد را در مجاورت یکدیگر قرار دهیم، باعث تغییر دمای هر دو جسم منتهی خواهد شد. ‌در صورت برقراربودن سیستم منزوی، کار انجام‌شده برابر صفر است و نتیجه اینکه، انرژی درونی هر جسمی برابر خواهد بود با انرژی گرمایی اولیه آن و تغییرات آن. خب! این قابل تشخیص است که مجموع آن دو برابر می‌شود با مجموع انرژی‌های اولیه هر دو جسم که این خود برابر است با قانون بقای انرژی. انرژی هرگز از بین نمی‌رود، بلکه از حالتی به حالت دیگر تبدیل می‌گردد. این را همه ما در طول سال‌های تحصیلی به فراخور، در دروس مختلف خوانده‌ایم.
در اصلی دیگر از ترموداینامیک آمده است: «هنگامی که دو جسم گرم و سرد در مجاورت هم قرار می‌گیرند، حرارت از جسم گرم به جسم سرد منتقل می‌شود» و این هم یعنی تبادل دما. و دیگر اینکه ترمودینامیک بیانگر این نکته است که صفر مطلق دما، منطقه‌ای است که هرگز نمی‌توان به آن رسید یا از آن پایین‌تر رفت. اصل ترموداینامیک را می‌توان توسط متغیر آنتروپی مدل کرد که تغییر آن برابر با تغییر گرمای تبادل‌شده تقسیم بر دماست؛ به عبارتی هر سیستمی همواره در جهتی حرکت می‌کند که مجموع آنتروپی سیستم و محیط، افزایش پیدا کند. به عنوان مثال، اگر دو مخزن آب ایزوله از هم، یکی 25درجه و همان میزان آب در مخزن دیگر 75درجه با هم مخلوط شوند و یا یکی صفر درجه و دیگری صد درجه. در حالت اول، میانگین می‌تواند چیزی حدود 40 و 60 باشد و در حالت دوم 10 و 90. بهتر است که بحث را در همین‌جا تمام کنیم که این مبحث هزاران ساعت برای مباحثه وقت می‌طلبد. تمامی این موارد گفته شد تا علم ترموداینامیک به صورت هر چند خلاصه بیان شود و هستند دانشمندان و فیزیک‌دان‌هایی که با این قوانین و اصول، صبح را به شب و شب را به صبح می‌رسانند و آنچنان اعتقادی به این اصول دارند که همچون بت به پرستش آن می‌پردازند و اگر کسی کوچک‌ترین اختلاف نظری داشته باشد، از جانب این قبیل افراد تکفیر می‌شود. سال‌ها این قوانین در علم فیزیک بود و به اثبات هم رسیده بود و هست اما یکباره یک آگهی در مجله بسیار معتبر «اکونومیست» آتش به جان هزاران فیزیک‌دان انداخته و دنیای علوم فیزیک و خصوصاً ترموداینامیک را به چالش کشانده است.
دانشمندان سالیان سال آرزو داشتند تا دستگاهی اختراع کنند که قادر به تولید یک میزان بی‌نهایت از انرژی باشد، اما هرگز نتوانسته بودند. حتی خود «لئوناردو داوینچی» نیز این کار را غیرممکن دانسته بود و به دانشمندان گفته بود که شما راه خطایی پیش رفته‌اید ولی گویی مهندسین شرکت «اس-تی- اورن» (Steorn) اذعان دارند که انتظار به سر رسیده و این امر تحقق یافته و تحقیقات آنان به پایان رسیده است. بازرگانانی که پشتیبان مالی این پروژه هستند نیز می‌گویند: «نه‌تنها گردش این تجهیزات به ‌طور خودگردان مؤید این موفقیت است، بلکه هنگامی که این دستگاه مولد می‌چرخد، یک انرژی، بیش از مقدار مصرف خود تولید می‌کند».
دکتر «شان مک‌آرتی» مدیر عامل شرکت «اس- تی- اورن» در همین زمینه گفت: «تحقیقات ما نشان داده است که اگر از یک میدان مغناطیسی ویژه‌ای، آهن‌رباهای دائمی عبور کنند، با ایستادن و حرکت در یک زمان می‌توان انرژی تولید کرد». آقای مک‌آرتی که خود از فیزیک‌دانان خبره است، گفت: «ما این پدیده را به‌طور کاملاً اتفاقی سه سال قبل کشف کردیم و در طول این سال‌ها بارها و بارها مورد آزمایش و تجزیه و تحلیل قرار دادیم تا مورد تمسخر و استهزا قرار نگیریم».
اذعان بر این کشف، باعث واکنش‌های عجیب و گاه خشمگینانه از سوی دانشمندان گردیده است.
آقای مک‌آرتی می‌گوید: «مسئولان این پروژه همه‌روزه نامه‌های تهدید‌آمیزی از طریق پست دریافت می‌کنند. برخی از این نامه‌ها به دفاتر «اس – تی- اورن» و برخی دیگر از نامه‌ها حتی به منازل دانشمندان مرکز «اس – تی- اورن» ارسال شده‌اند».
شرکت «اس – تی- اورن» در این ارتباط با چاپ یک آگهی در مجله معتبر «اکونومیست» از دانشمندان دعوت کرده است که برای دیدن و امتحان این پروژه به هیأت علمی 12نفره آنان بپیوندند.
آقای مک‌آرتی می‌گوید: «علم ترموداینامیک دارای 2 اصل مهم و بنیادی است؛ اول آنکه انرژی را نه می‌توان تولید کرد و نه می‌توان نابود کرد ولی می‌توان آن را از نوعی به نوع دیگر تبدیل کرد و دوم آنکه اگر انرژی وارد یک سیستم شود، نمی‌توان تمامی آن انرژی را از سیستم به بیرون آورد. اگرچه ممکن است آزمایشات در این زمینه سال‌ها طول بکشد، در عین حال نیز می‌تواند همراه با ریسک باشد. کارکنان ما در شرکت «اس – تی- اورن» می‌دانند که اگر جواب دانشمندان، جواب موافقی نباشد شرکت، مورد تمسخر جهانیان قرار خواهد گرفت».
کارشناسان می‌گویند اگر این اختراع مورد تایید قرار گیرد، پاداش بسیار بزرگ و بی‌حدوحصری از نظر مالی، با ثبت این اختراع برای شرکت «اس- تی – اورن» به همراه خواهد داشت.

نرم افزاری جالب برای محاسبات شیمی مانند محلول سازی و... که میتوانید این نرم افزار مفید و جالب را از لینک زیر دانلود کنید:

 

Size: 969 KB

 

دانلود

فشار هر بخار در حالت تعادل با مایع خود در دمای معین را فشار بخار تعادل آن مایع می‌نامیم.

حالت تعادل
اگر مایعی در یک ظرف سربسته بخار شود، مولکولهای بخار نمی‌توانند از نزدیکی مایع دور شوند و تعدادی از مولکولهای بخار ضمن حرکت نامنظم خود، به فاز مایع بر می‌گردند. این فرآیند را برای آب می‌توان با پیکان دوگانه نشان داد:
(H2O(l)?H2O(g
سرعت برگشت مولکولهای بخار به فاز مایع، به غلظت مولکولها در بخار بستگی دارد. هر چه تعداد مولکولها در حجم معینی از بخار باشد، تعداد مولکولهایی که به سطح مایع برخورد کرده، مجددا گیر می‌افتند، بیشتر خواهد بود. در آغاز، چون تعداد کمی مولکول در بخار وجود دارد، سرعت بازگشت مولکولها از بخار به مایع کم است. ولی ادامه تبخیر، موجب افزایش غلظت مولکولها در بخار می‌شود و در نتیجه، سرعت تراکم افزایش می‌یابد.
سرانجام، سیستم به حالتی می‌رسد که در آن حالت، سرعت تراکم و تبخیر برابر می‌شود. حالتی که در آن، سرعتهای دو تمایل مخالف (تبخیر و تراکم) با هم برابر می‌شوند، حالت تعادل نامیده می‌شود.
وضعیت مولکولها در حالت تعادل در حالت تعادل، غلظت مولکولها در فاز بخار ثابت است، زیرا مولکولها با همان سرعتی که بر اثر تراکم (میعان) از فاز بخار خارج می‌شوند، بر اثر تبخیر در این فاز وارد می‌شوند. به همین منوال، مقدار مایع نیز در حالت تعادل ثابت است، زیرا مولکولها با همان سرعتی که به مایع برمی‌گردند، بر اثر تبخیر آن را ترک می‌کنند.
باید توجه داشت که حالت تعادل، دال بر این نیست که هیچ حادثه ای رخ نمی‌دهد؛ در هر سیستمی، ثابت ماندن تعداد مولکولها در هر یک از دو فاز مایع و بخار نه به‌علت متوقف شدن تبخیر و تراکم، بلکه به علت برابری این دو تغییر متقابل است.

فشار بخار و حالت تعادل
چون در حالت تعادل، غلظت مولکولها در فاز بخار ثابت است، فشار بخار نیز ثابت است. فشار هر بخار در حالت تعادل با مایع خود در دمای معین را فشار بخار تعادل آن مایع می‌نامیم. فشار بخار هر مایع، تابع دماست و با افزایش آن زیاد می‌شود. افزایش دما با افزایش فشار بخار همراه است. فشار بخار در دمای بحرانی است. بالاتر از دمای بحرانی تنها یک فاز می‌تواند وجود داشته باشد، یعنی فازهای گاز و مایع متمایز از یکدیگر نیستند.
فشار بخار و نیروهای جاذبه بین مولکولی مقدار فشار بخار یک مایع، معیاری از قدرت نیروهای جاذبه بین مولکولی آن مایع را بدست می‌دهد. مایعاتی که نیروهای جاذبه قوی دارند، فشار بخار آنها کم است. در ? 20 سانتی‌گراد، فشار بخار آب، اتیل الکل و دی اتیل اتر به ترتیب 0.023 atm 0,058 ، atm و 0.582 atm است. از این رو، نیروهای جاذبه در آب قویترین و در دی‌اتیل اتر ضعیف‌ترین است.

نسخه کامل نرم افزار جدول مندلیف(periodic table) به زبان فارسی:

 

Size: 509 KB

 

دانلود