شیمی و استفاده آن در زندگی روزمره

شیمی یکی از شاخه‌های علم است که به مطالعه ترکیبات شیمیایی، ساختارها، خواص، تغییرات و تفاعلات میان ذرات و اجزای مختلف ماده می‌پردازد. این علم نقش مهمی در زندگی روزمره انسانها ایفا می‌کند و در انواع مختلف صنایع و زمینه‌ها به کار می‌رود. در زیر به برخی از جوانب استفاده از شیمی در زندگی روزمره اشاره می‌شود.

● پختن نان

نشاسته موجود در آرد را هضم می کند و با این عمل کربن دیو اکسید و الکل آزاد می شود. در پختن نان کربن دیو کسید به صورت حباب در می آید و گلوتن موجود در خمیر حبابها را محبوس می کند. وقتی که مخمر کربن دی اکسید تولید می کند خمیر پف می کند یا به اصطلاح ور می آید. نمک طعم نان را بهتر می‌کند و از فرو پاشی گلوتن ور آمدن بسیار سریع نان جلوگیری می کند.

به هنگام پخته شدن نان گاز محبوس در حباب‌ها منبسط و سبب بیشتر ور آمدن خمیر می‌شود. در این حال مخمر کشته و الکل تبخیر می‌شود که رنگ و بوی فریبنده ای به نان می‌دهد.

1. جوش شیرین و پودر آشپزی مواد شیمیایی خانگی هستند. فرمول ترکیبی اجزای این مواد معمولا روی جعبه انها نوشته شده است. فهرستی از اجزای این مواد تهیه کنید.
2. مقداری جوش شیرین در یک نعلبکی بریزید و چند قطره سرکه به ان بیفزایید. چه می شود این واکنش شیمیایی شبیه به واکنشی است که به هنگام پختن کیک صورت می گیرد.

● اندازه گیری با سیستم متری

بسیاری از کشورها سیستم متری را پذیرفته اند اما هنوز در زندگی روز مره از اندازه گیری با سیستم انگلیسی استفاده می شود اخیراً چند بنگاه دولتی تصریح کرده اند که فقط کالاهای تولید شده با سیستم متری را خریداری می کنند.
در نتیجه صاحبان صنایع باید برای ادامه دادوستد با دولت شیوه عملیاتشان را به سیستم متری تبدیل کنند . کالاهایی که به کشورهای دیگر صادر می شود به ویژه کالاهای صنعتی و لوازم یدکی باید مشخصات متری داشته باشد.
امروزه صنایع اتومبیل سازی موتورهایی با استفاده از اندازه گیری‌های متری می سازند. برای تشخیص محصولات غذایی بسته بندی شده در خارج باید برچسب‌هایی با مشخصات متری روی آنها باشد.
اندازه فشار لالستیک ها بر حسب کیلو پاسکال درجه بندی می شود. و خود لاستیک ها مشخصات متری دارند. در داروسازی و پزشکی سالها است که از سیستم متری استفاده می شود.

مقدار مصرف داروها بر حسب میلی گرم معین می شود و مایعات بر حسب سانتی متر مکعب اندازه گیری می شوند. تبدیل کامل اندازه گیری این سیستم ها به سیستم متری با استقبال عمومی مواجه نشده است. فکر کردن با سیستم متری برای کسانی که با سیستم قدیمی تر بزرگ شده اند دشوار است.

همچنین، تبدیل به سیستم متری برای صاحبان صنایعی که باید قالب ها و البزارهای صنعتی را با توجه به استاندارد متری تعویض کنند و به کارگران آموزش دهند ، گران تمام می شود.

• ضریب تبدیل میلی متر به اونس سیالات را پیدا می کنید. حجم یک فنجان استاندارد «هشت اونس» چند میلی لیتر است.
• گاهی گفته می شود که سیستم انگلیسیس ،سیستم طبیعی تر و یادگیری آسانتر است. دلایلی برای رد یا قبول این نظریه ارائه کنید.

بیشتر بخوانید: تعریف شیمی آلی و شیمی معدنی

● مه دود

مه دود در اصل به صورت مخلوطی از دود و مه تعریف می شود. اما امروزه ،واژه مه دود به طور اختصاصی تر برای مه دود فوتو شیمیایی به کار می رود. این نوع مه دود با شکسته شدن مولکولهای مواد آلوده کننده موجود در هوا بر اثر نور خورشید ایجاد می شود.

بسیاری از خواص مه دود فوتو شیمیایی ناشی از واکنش‌های اکسیژن، اکسیدهای نیتروژن و هیدروکربنهای موجود در جو است. هیدروکربنها موادی شامل کربن و هیدروژن مانند بخار بنزین است.
اتومبیلها عامل اصلی مواد خامی هستند که مه دود تولید می کنند. اکسیدهای نیتروژن به ویژه نیتروژن دی اکسید و دودهای هیدروکربنها با هوا و آلوده کننده های دیگر آمیخته می شوند. این مخلوط بر اثر نور خورشید، اوزون، دیگر اکسیدهای نیتروژن و اکسیدهای گوگرد تولید می کنند.

وقتی این محصولات در شهری که با تپه‌ها و کوه‌ها احاطه شده است به دام می افتند، مه دود شدت خاصی پیدا می کند . این شدت غالباً با وارون شدن یک لایه دمایی جو، افزایش می یابد وارونگی نتیجه یک لایه هوا سرد است که روی ناحیه ای گرم قرار می گیرد و مانع صعود هوای گرم و پراکندگی گازها می شود. چون نور آبی تیره یا قهوه‌ای بنظر می رسد.

این رنگ با نیتروژن دی اکسید قهوه‌ای رنگ موجود در هوا تشدید می‌شود. مه دود علاوه بر اینکه هوا را ناسالم و غیر بهداشتی می کند . سبب سوزش و خارش چشم و ریزش اشک می شود که احتمالا علت آن مواد مرکب آلی مانند فرمالدهید، اکرولئین و پروکسی استیل نیترات (PAN) است. گیاهان و در نتیجه کشاورزی و جنگلها نیز در اثر مه دود آسیب می بینند.

طی سالها برای کنترل دود اگزوز اتومبیلها که مانع عمده مه دودند کوششهایی به عمل آمده است از آن جمله اند:

اصلاح موتورها:

مبدلهای کاتالیزوری و مشعلهای پس سوز که سوختن گازهای زائد را کامل می کنند. حتی اگر واکنشهای فوتو شیمیایی هم نباشد، اگزوز اتومبیلها گاز کربن مونوکسید و بعضی از ذرات را تولید می کنند. از این گذشته، همه انواع سوختن از جمله سیگار کشیدن نیز در ایجاد مه دود دخالت دارند. مراکز صنعتی مانند پالایشگاه‌ها و مراکز سرویس اتومبیل‌ها، بخارهای هیدروکربن خارج می کنند.

حتی پختن غذا با زغال چو مقداری هیدروکربن و ذرات آلوده کننده در هوا وارد می کند، بدیهی است که مواد آلوده کننده ممکن نیست، اما وضع قانون و رعایت مقررات در کاهش میزان مه دود تأثیر زیادی داشته است.

۱) تحقیق کنید که مبدل‌های کاتالیزوری چگونه عمل می کنند چرا آنها را کاتالیزور می نامند. و آنها مبدل چه چیزی هستند؟

ترویج استفاده از اتومبیلهای الکتریکی به جای موتورهای بنزین سوز یک راه حل ممکن برای رفع آلودگی هواست. به نظر شما ماشینهای برقی به چه راههایی ممکن است سبب آلودگی هوا شوند.

● آتش بازی

بیشتر آنچه را که در نمایشهای آتش بازی می بینید و لذت می برید نتیجه طیف نشری بعضی از اتمهای فلزی است. در جریان انفجار در آتش بازی مقدار قابل توجهی انرژی آزاد می شود.
وقتی اتمهای فلز، این انرژی را جذب می کنند به تزارهای بالاتر انرژی می روند این آرایش انرژی پایدار نیست و الکترونها با سرعت به ترازهای انرژی پایین تر باز می گردند تفاوت انرژی بین آرایشهای بالا و پایین به صورت نوری درخشنده گسیل می شوند.

ترکیبهای استرونسیم دار مانند، استرونسیم نیترات نورهای قرمز تولید می کند، ترکیبهای باریم دار مانند باریم کلرات نورهای سبز تولید می کنند و سدیم اکسالات اغلب برای ایجاد نور زرد روشن در آتش بازی به کار می رود مثل سولفات نور آبی متمایل به سبز روشن ایجاد می کند.

۱) نورهای آتش بازی بیشتر به طیف جذبی شباهت دارند . یا به طیف نشری؟
۲) چگونه ممکن است یک فشفشه دارای انفجار با دو رنگ متفاوت باشند.

همچنین مطالعه کنید: مطالب جالب شیمی

● قوطی‌های نوشابه

در چند سال گذشته بیش از ۹۰% قوطی‌های نوشابه از آلومینیوم ساخته می شد. این درصد بالا از این جهت است که ساخت قوطی‌های آلومینیوم از ورقه آلومینیوم ارزانتر تمام می شود بازیافت آلومینیوم آسانتر، وزن قوطیها سبکتر و بنابراین هزینه حمل و نقل آن کمتر است سی سال بیش تر قوطیها از فولاد قلع اندود ساخته می شد که همان (( قوطی قلعی )) سابق باشد این قوطیها سنگین بودند و به آسانی سوراخ می شوند و محتویات قوطی بو و مزه فلز به خود می گرفت تنها امتیاز این قوطیها زنگ زدن و از بین رفتن آهنی بود که فولاد از آن ساخته می شد.

اکنون شرکتهای فولاد سازی امکانات تولید را بهبود بخشیدند و تصور می کنند که می توانند با بازار مصرف قوطی های آلومینیومی به رقابت برخیزند این شرکتها اکنون می توانند قوطیهای فولادی خیلی نازکتر تولید کنند و چون بهای آلومینیوم افزایش یافته است. ساختن قوطیهای فولادی عملاً ارزانتر تمام می شود.

ولی مشکل اصلی این است که قوطیهای فولادی باز هم به درپوشهای آلومینیومی نیاز دارند هنوز دربازکن فشاری فولادی کاملا رایج نشده است با تغییر جهت به سمت استفاده از قوطیهای فولادی ممکن است سالیانه ملیونها دلار در بهای مواد مصرفی صرفه جویی شود، ولی برپا کردن خطوط تولید به نوسازی ابزار و برنامه ریزی برای بازیابی نیاز دارد مردم انتظار دارند که قوطیها بازیابی شوند همه ساله بیش از چهل بیلیون قوطی آلومیونمی یعنی بیش از نصف قوطیهای تولید شده بازیابی می شود.

بیشتر سازندگان فولاد می گویند که بازیابی یک قوطی فولادی گرانتر از تولید یک قوطی نو تمام می شود تا وقتی که سازندگان فولاد بتوانند مشکل (در باز کن فشاری) را حل کنند تا از عهدهد بازیابی برآیند برتری قوطیهای آلومینیومی احتمالا همچنان ادامه خواهد داشت.

۱) کدام ویژگیهای آلومینیوم موجب می شود که ساخت قوطی آلومینیومی آسانتر از قوطی فولادی باشد؟
۲) جرم یک قوطی فولادی آلومینیومی را معلوم کنید. با استفاده از چگالی آلومینیوم. حجم این قوطی را تخمین بزنید. فرض کنید که سازندگان فولاد بتوانند از همین حجم فولاد برای ساختن یک قوطی فولادی استفاده کنند. در این صورت جرم قوطی فولادی چقدر خواهد بود؟

● شیمی و تکنولوژی

▪ اثر فوتوالکتریک:
بسیاری از فروشگاهها درهایی دارند که به طور خودکار باز و بسته می شوند . بعضی از این درها با دستگاهی به کارمی افتند که عملکرد آن بستگی به نور دارد. در یک طرف جلوی در، منبعی از نور است.
مقابل این منبع یک آشکار ساز نور است.وقتی باریکه ای از نور روی آشکار ساز می افتد سبب می شود که از ماده درون آشکار ساز الکترونهایی خارج شود و جریان الکتریکی در مدار برقرار شود گسیل الکترونها بر اثر نور را، اثر فوتوالکترونیک می نامند.
وقتی شما به طرف در می روید و بین منبع نور و آشکار ساز قرار می گیرد باریکه نور ، قطع می شود و گسیل الکترون از آشکار ساز متوقف شده . جریان الکتریکی قطع می گردد. با قطع جریان الکتریکی مکانیسمی به کار می افتد که در را باز می کند.

انیشتین در سال ۱۹۲۱ برای توضیح اثر فوتوالکتریک جایزه نوبل دریافت کرد ، مدتها قبل معلوم شده بود که وقتی نور به سطح بعضی از مواد برخورد می کند الکترون از ان ماده گسیل می یابد. اما واقعیتی معما گونه درباره این تغییر وجود داشت. که وقتی شدت نور کاهش می یافت انرژی الکترون‌های گسیل یافته تغییر نمی کرد بلکه تعداد الکترونها کمتر می شد. انیشتن نشان داد که این فرضیه پلانک این مشاهده را توضیح می دهد.

مقدار معینی انرژی لازم است تا یک الکترون از سطح ماده ای جدا شود. اگر فوتو الکترونی با انرژی بیشتر به الکترون برخورد کند، الکترون را از سطح دور خواهد کرد. چون الکترون در حال حرکت است. مقداری انرژی جنبشی دارد در این صورت مقداری از انرژی فوترون برای آزاد کردن الکترون از سطح و بقیه آن صرف انرژی جنبشی الکترونی می شود. هرگاه نور با یک فرکانس معین بکار رود، در این صورت الکترونهایی که از سطح ماده می گریزند همگی انرژی یکسانی خواهند داشت.

اگر شدت نور افزایش یابد و فرکانس ثابت بماند عده الکترونهای گسیل یافته افزایش خواهد یافت اما اگر فرکانس نور افزایش یابد انرژی فوترون زیاد می شود. چون مقدار انرژی لازم برای آزاد شدن الکترون از اتم یک عنصر معین ثابت است.

الکترونهایی که با فرکانس زیادتر سطح ماده را ترک می کنند انرژی جنبشی بیشتری خواهند داشت. فرضیه پلانک همراه با توضیح انیشتین ماهیت ذره ای بودن نور را تایید می کند.

● خاصیت آهنربایی لایه نازک

خاصیت آهنربایی در فلزات از روابط وجود در میان الکترونهایی که هسته اتمی فلزی را احاطه کرده‌اند ناشی می‌شوند در بیشتر فلزات الکترونها جفت شده‌اند و میدان مغناطیسی ایجاد شده از یک الکترون چرخان با میدان مغناطیسی ایجاد شده از الکترون چرخان جفت شده با ان که اسپین مخالفت دارد، خنثی می شود.

ولی در بعضی فلزات الکترونهای جفت نشده وجود دارد، این الکترونها موجب ظهور خواص مغناطیسی در فلزات می شود. درجه رفتار مغناطیسی به تعداد نسبی الکترونهای جفت نشده ای بستگی دارد که در اتمها در یک جهت در حال چرخش اند.

هر قدر مقدار الکترونهایی که در یک جهت می چرخند بیشتر باشد، رفتار مغناطیسی فلز بیشتر خواهند بود. مدتهاست که تکنولوژی در جستجوی راههایی برای ساخت مغناطیسهای قویتر در ابعاد کوچکتر است. پژوهشهای اخیر نشان داده است که یک لایه نازک آهن، با ضخامت یک اتم می تواند نسبت به یک لایه ضخیمتر آهن، میدان مغناطیسی قویتری بوجود اورد.

در یک بلور هر اتم آهن با هشت اتم مجاور احاطه شده است و هر یک از این اتمها در اطراف خود بیست و شش الکترون دارند. تداخل بین الکترونها زیاد است و توان القا پذیری الکترونها برای چرخیدن در یک جهت در یک میله یا یک مغناطیس ضخیم کاهش می یابد، ولی در یک لایه منفرد اتمها در سه بعد احاطه نشده اند در نتیجه الکترونها برای حرکت کردن و آزادی بیشتری دارند و با سهولت بیشتری برای چرخیدن در یک جهت القا می شوند.

مهمترین مسأله در ورقه های نازک یک اتمی یا تک لایه ها این است که نمی تواند باقی بماند. در نتیجه از شبیه سازیها کامپیوتری استفاده شده تا معلوم شود که ایا تک لایه ها را می توان بر روی یک فلز دیگر به صورت پوشش قرار داد.

دانشمندان حدس زده‌اند که اگر بتواند یک تک لایه را بر روی یک فلز دیگر قرار داد در آن صورت این فلز مغناطیس می شود نقره و طلا هیچکدام الکترون جفت شده ندارند. ولی شبیه سازی نشان می دهد یک تکه لایه اهنی را بر روی خود بپذیرند و بنابر این خواهند توانست مانند خود آهن خاصیت آهنربایی نشان دهند آزمایش‌های واقعی بعدی که برای جلوگیری از آلودگی در خلأ زیاد انجام شده است نشان داده است که شبیه سازی کامپیوتری درست بوده است.

یکی از ویژگی‌های جالب توجه این پوشش تک لایه این است که میدان مغناطیسی ان به جای انکه افقی باشد عمودی جهت گرفته است. این واقعیت امکان جالب توجهی در نوارهای مغناطیسی گرداوری اطلاعات فراهم آورده است. جهت گیری معمولی (مغناطیس‌ها) در امتداد یک نوار مغناطیسی، افقی است تعداد مغناطیس‌هایی که می توانند در طول یک نوار جای بگیرند مقدار اطلاعاتی را که می توان ذخیره کرد محدود می سازد تصورش را بکنید ، اگر مغناطیس‌ها به جای قرار گرفتن در وضعیت افقی بر یک سر اتم راست بایستد.

چه حجم از اطلاعات را می توان ذخیره کرد. با آزمایش معلوم شده است که فشردگی اطلاعات دست کم ۴۰مرتبه افزایش می یابد. کشف و کاربرد لایه های نازک تک اتمی، یکی دیگر از مثالهایی است که دانشمندان با استفاده از ذهنی آماده و تکنولوژی معاصر از روی کنجکاوی علمی، یک تکنولوژی پیشرفته به وجود می‌آورند.

● ایجاد پیوند محکم‌تر در استخوان‌ها

بیش از یک دهه است که کار گذاشتن مفصل‌های مصنوعی انجام می شود، اما هنوز هم پیوند یافتن استخوان به قطعه کار گذاشته شده برای پزشکان متخصصان فنی و بیماران مشکل افرین است.
تولید کنندگان با روشهای مکانیکی بسیار متفاوتی کوشیده اند که مشکل لرزش مفصل‌های مصنوعی را بهبود بخشند.

اما امروزه انان بر این باورند که ممکن است یک راه حل شیمیایی برای این مساله وجود داشته باشد. اگر نظر تولید کنندگان درست باشد ممکن است راهی برای رشد سلولهای استخوانی در اطراف قطعه کار گذاشته شده باشد . که بتوان ان را مانند استخوان اصلی محکم کند. روکشهای زیست سرامیکی که ساختار انها تقلیدی از استخوان‌های واقعی است مکن است دست کم راه حلی فراهم اورند.

هیدروکسی آپاتیت شکل بلورینی از کلسیم فسفات است که خواصی بسیار شبیه به یکی از اجزای استخوان دارد استفاده از شکل بلورینی از کلسیم،فسفر و اکسیژن با نسبتهای ترکیب میکنند.و ماده ای بنام تری کربن فسفات ایجاد می کند که به رشد استخوان کمک می کند.

در مطالعات تحقیقاتی، روکشهای زسیست سرامیکی به منله چهار چوبی برای رشد استخوان جدید در جانوران عمل کرده است. اما رشد استخوان‌های حیوانات بسیار سریع‌تر از رشد استخوان‌های انسان است.
به طوری که انها از لحاظ رشد قابل قیاس نیستند. از این گذشته روکشهای سرامیکی غالباً ناپایدار است و ممکن است روی مفصل مصنوعی باقی بماند. فروپاشی این روکش ممکن است منجر به ساییدگی استخوان و قطعه کار گذاشته و سبب التهاب مفصل شود.

تولید کنندگان مفصل‌های مصنوعی کار گذاشته، غالباً روکشهای زیست سرامیکی مستقیما با ان قطعه ها به کار می برند. پودر در دماهای پلاسما ۱۵۰۰۰-۱۰۰۰۰ یونیده و روی مفصلها پاشیده می شود مقداری کلسیم و فسفات ازاد می شود و بدن با استفاده از ان سطح مشترک محکمی بین استخوان و روکش قطعه کار گذاشته ایجاد می‌کند.

اما برخی از محققان معتقدند که خود ممکن است سبب خراب شدن روکش شود .این روکش ها فقط از سال ۱۹۸۶ به بعد به کار گرفته شده است .
بنابراین تحقیق طولانی مدت درباره پایداری ان در طول زمان صورت نگرفته است.

دانشمندان و متخصصان تکنولوژی به یافتن اطلاعات بیشتر درباره استخوان‌های مصنوعی. استخوان و واقعی و کار گذاشتن قطعه های مصنوعی روکشها و برهمکنش میان انها ادمه می دهند
آنان امیدوارند که این اطلاعات به توسعه و تولید قطعاتی بهتری بینجامد.

● توسعه گیاهان خودکودساز

مواد مرکب نیتروژن دار مواد غذایی عمده برای گیاهان است چون تقریبا ۷۸%هوا نیتروژن است ممکن است فکر کنید که تامین این ماده غذایی برای گیاهان مشکلی ندارد. اما گیاهانی مانند گندم، برنج و ذرت که محصولات مواد غذایی جهان را فراهم می‌کنند نمی توانند به طور مستقیم از نیتروژن موجود در هوا استفاده کنند.

نیتروژن از طریق فرایندهای متعدد طبیعی و شیمیایی کودهای کشاورزی یعنی به موادی که گیاهان می توانند برای تغذیه خود آنها را به کار گرد، تبدیل می شوند. تبدیل نیتروژن جو به طوری که برای گیاهان مفید باشد مرحله مهمی در چرخه نیتروژن، یعنی تبدیل متقابل نیتروژن معدنی و الی در طبیعت است.

در این چرخه هم فرایندهای شیمیایی و هم فرایندهای زیست شناختی دخالت دارند، برای تولید کود شیمیایی صنعتی تقریبا ۷ ۱۰*۳ تن متری نیتروژن در سال مصرف می شود و فرایندهای شیمیایی دیگر ناشی از آذرخش و احتراق به مصرف ۷ ۱۰*۴ تن نیتروژن دیگر سال بالغ می شود.

اما منابع زیست شناخت تقریبا دو برابر مجموع دو منبع مذکور نیتروژن قابل استفاده تولید می‌کند بیشتر این تولید به وسیله گیاهانی از تیره نخود و لوبیا که دانه انها نیام یا غلاف دارد انجام می شود، این گیاهان که گیاهان بنشنی نام دارند می توانند مستقیا از نیتروژن هوا استفاده کنند.

این گیاهان در حقیقت خودشان نیتروژن را تبدیل نمی کنند .باکتریهایی که در غده‌های روی ریشه این گیاهان زندگی می کنند می توانند نیتروژن هوا را با آمونیاک، نیتراتها و نیتریتها که مواد مورد استفاده گیاه هستند، تولید کنند. این فرایند را تثبیت نیتروژن می نامند.

سالها ست که کشاورزان گیاهان بنشنی را برای جبران نیتروژن خاکی که کمبود نیتروژن دارند می کارند . آنان این گیاهان را با غلات به نوبت کشت میکنند.