شیمی دارویی
تعاریف اولیه از شیمی دارویی:
شیمی دارویی جنبه ای از علم شیمی است که درباره کشف ، تکوین ، شناسلیی و تغییر روش اثر ترکیبات فعال زیستی در سطح مولکولی بحث می کند و تاثیر اصلی آن بر داروهاست ، اما توجه یک شیمی دان دارویی تنها منحصر به دارو نبوده و به طور عموم دیگر ترکیباتی که فعالیت زیستی دارند باید مورد توجه باشند.
شیمی دارویی علاوه بر این شامل جداسازی و تشخیص و سنتز ترکیباتی است که می توانند در علوم پزشکی برای پیشگیری و بهبود و درمان بیماریها به کار روند.
با توجه به مطالب بالا می توان گفت که شیمی دارویی گستره ای از علوم دارویی است که اصول شیمی و محیط زیست شناسایی را برای ایجاد واکنشی که می تواند منجر به مواد دارویی جدید شود به کار می برد.
سیر تاریخی شیمی دارویی:
آغاز درمان بیماریها با دارو در قدمت خود محو شده است. اولین داروها منشا طبیعی داشته و عمدتا از گیاهان استخراج می شدند و برای درمان بیماریهای عفونی به کار رفته اند. قرنهایش از این چینیها ، هندیها واقوام نواحی مدیترانه ، با مصارف درمانی برخی گیاهان و مواد معدنی آشنا بوده اند. به عنوان مثال برای درمان مالاریا از گیاه چه انگشان ( Changshan ) در چین استفاده می شد. اکنون ثابت شده است که این گیاه حاوی آلکالوئیدهایی نظیر فبریفوگین است.
سرخپوستان برزیل اسهال و اسهال خونی را با ریشه های اپیکا که حاوی استن است درمان می کردند. اینکاها از پوست درخت سین کونا برای ردمان تب مالاریا استفاده می کردند. در سال 1823 کینین از این گیاه استخراج شد. بقراط در اواخر قرن پنجم قبل از میلاد استفاده از نمکهای فلزی را توسیه کرد و درمان های طبی غرب را نزدیک به 2000 سال تحت نفوذ خود قرار داد.
تاریخ معرفی شیمی دارویی به عنوان علم:
اولین فارماکوپه در قرن 16 و قرنهای بعد منتشر شد. گنجینه عوامل دارویی سرشار از داروهای جدید با منشا گیاهی و معدنی معرفی شدند. در اواخر قرن 19 شیمی دارویی با کشف پل ارلیش که او را پدر شیمی درمانی جدید می نامند در ارتباط با اینکه ترکیبات شیمیایی در برابر عوامل عفونی ویژه ای از خود سمیت انتخابی نشان می دهنددچار یک تحول شگرف شد. در همین دوران امیل فیشر نظریه قفل و کلید را یک تغییر منطقی برای مکانیسم عمل داروها بود ارائه داد.
تحقیقات بعدی ارلیش و همکارانش منجر به کشف تعدا زیادی از عوامل شیمی درمانی جدید شد که از آن میان آنتی بیوتیکها و سولفامیدها از همه برجسته تر بودند.
جنبه های بنیادی داروها:
سازمان بهداشت جهانی دارو را به عنوان ( هر ماده ای که در فرایندهای دارویی به کار رفته و سبب کشف یا اصلاح فرایندهای فیزیولوژیک یا حالات بیماری در جهت بهبود مصرف کننده شود. ) تعریف نموده است.
و فراورده های دارویی را تحت عنوان ( یک شکل دارویی که حاوی یک یا چند دارو همواره با مواد دیگری که در فرایند تولید به آن اضافه شود. ) معرفی می کند.
بسیاری از داروها حاوی اسیدها و بازهای آلی می باشند. دلایل متعددی مبنی بر اینکه این ترکیبات در داروسازی و پزشکی باید به فرم نمک مصرف شود عبارتند از :
- بهبود نواحی زیستی از طریق اصلاح جذب ، افزایش قدرت و گسترش اثر
- کاهش سمیت
کاربرد داروها بر اساس مقاصد خاصی به کار می رود که عبارتند از :
- تامین مواد مورد نیاز بدن مثل ویتامینها
- پیشگیری از عفونتها مثل سرم های درمانی و واکسنها
- سمیت زدایی مانند پاد زهرها
- مهار موقتی یک عملکرد طبیعی ، مانند بیهوش کننده ها
- تصحیح اعمالی که دچار اختلال شده اند
و . . .
فعالیت زیستی داروها:
عملکرد داروها در سه مرحله مشاهده می شود # تجویز دارو ( فروپاشی شکل دارویی مصرف شده )
- سی نیتک دارو ( جذب ، توزیع ، متابولیسم و دفع دارو ) # نحوه اثر دارو ( پدیده های شیمیایی و بیو شیمیایی باعث ایجاد تغییرات زیستی مورد نظر می شوند. )
دارو نماها:
داروهایی هستند که اثرات ویژه ای بر ارگانیسم دارند اما درمان کننده بیماری خاصی نیستند. نمونه هایی از این داروها عبارتند از مورفین ( مسکن ) ، کوکائین ( بیهوش کننده ) ، آتروپین ( ضد تشنج ) و . . .
استفاده از این داروها ممکن است به بهبودی یک بیماری عفونی میکروبی یا ویروسی کمک کند اما دارو مستقیما روی ارگانیزم بیماریزا عمل نمی کند در صورتی که در درمان شیمیایی عامل بیماریزا هدف اصلی نیست.
طبقه بندی داروها:
دارو ها را بر اساس معیارهای گوناگون طبقه بندی می کنند که عبارتند از:
- ساختمان شیمیایی
- اثر فارماکولوژی
- مصارف درمانی
- ساختمان شیمیایی درمانی ، تشریحی
- مکانیسم عمل در سطح سلول
نامگذاری داروها:
هر دارو دارای سه یا چند نام می باشد که عبارتند از:
- شماره رمز یا رمز انتخابی
- نام شیمیایی
- نام اختصاصی غیر علمی ( تجاری )
- نام غیر اختصاصی ژنریک
- نامهای مترادف
نام شیمیایی دارو نامی است که بدون ابهام ساختمان شیمیایی دارو را توصیف و آن را دقیق و کامل معرفی کند و بر اساس قوانین نامگذاری ترکیبات شیمیایی نامگذاری می شود.
شیمی تجزیه ی کمی
دید کلی:
شیمی تجزیه(Analytical chemistry )،شامل جداسازی، شناسایی و تعیین مقدار نسبی اجزای سازنده ی یک نمونه از ماده است. تجزیه ی کیفی، هویت شیمیایی گونه، را در نمونه آشکار میسازد.
تجزیه ی کمی، مقدار نسبی یک یا چند گونه یا آنالیت را به صورت عددی معلوم می دارد. پیش از انجام تجزیه ی کمی، ابتدا لازم است اطلاعات کیفی به دست می آید. معمولا تجزیه ی کیفی و کمی شامل یک مرحله ی جداسازی نیز هست.
نقش شیمی تجزیه در علوم:
شیمیه تجزیه نقش حیاتی در توسعه ی علوم دارد. به عنوان مثال، «ویلهام اسوالد Wilhelm Ostwald » 1894 نوشت:
« شیمی تجزیه یا هنر تشخیص مواد مختلف و تعیین اجزا سازنده آن ، نقش اول را در کاربدهای مختلف علوم دارد ؛ چراکه پاسخگوی سوالاتی است که در هنگام اجرای فرایندهای شیمیایی برای مقاصد علمی و فنی مطرح می شود. اهمیت فوق العاده 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 می گیرد. »
از زمان اسوالد تا کنون ، شیمی تجزیه از یک هنر به یک علو در زمینه های مختلف صنعت ، طب و سایر علوم ، تحول و تکامل یافته است. به عنوان مثال ، برای تعیین کارایی وسایل کنترل دور ، لازم است مقدار هیدروکربنها ، اکسیدهای نیتروژن و منواکسید کربن موجود در گازهای اگزوز اتومبیل اندازه گیری شوند. اندازه گیری کمی کلسیم یونیده در سرم خون ، ما را در تشخیص مرض پارا تیروئید در بیماران یاری می کند. با اندازه گیری کمی نیتروژن در مواد غذایی ، میزان پروتئین موجود در آنها و در نتیجه ارزش غذایی آنها معلوم می شود. مقدار مرکاپتان موجود در گازهای مصرفی خانه ها به طور مستمر تحت کنترل قرار می گیرد تا از وجود مقدار معینی مرکاپتان برایایجاد بوی نامطبوع که هشداردهنده نشت گاز است ، اطمینان حاصل کنند. کشاورزان متجدد ،کود شیمیایی و آبیاری را به خوبی تنظیم می کنندکه منطبق با نیاز گیاه در طی فصلهای رشد باشد. آنها این نیاز را از تجزیه کمی گیاه و خاکی که گیاه در آن می روید معلوم می کنند.
به علاوه اندازه گیری های کمی دارای نقش حیاتی در بسیاری از کارهای پژوهشی در زمینه های شیمی ، زیست شناسی ، زیست شیمی ، زمین شناسی و سایر علوم است. طبقه بندی روشهای تجزیه کمی :
نتایج یک تجزیه کمی را از دو اندزه گیری به دست می آوریم. 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 می باشد. معمولا در مرحله دوم ، تجزیه کامل می شود. شیمیدانان روشهای تجزیه را بر طبق طبیعت این اندازه گیری اخیر طبقه بندی می کنند. در یک روش وزنی ، جرم آنالیت یا جرم ماده ای که به طور شیمیایی به آن ارتباط دارد ، تعیین می شود. در یک روش حجمی ، حجم محلولی که دارای مقدار کافی واکنشگر برای واکنش کامل با آنالیت است ، اندازه گیری می شود. برمبنای اندازه گیری برهم کنش بین تابش الکترومغناطیسی و اتمها یا مولکولهای آنالیت ویا 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.
مراحل تجزیه کمی نوعی:
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 دست یابی به نتایج بسیار مطمئن ، همواره لازم است که وقت زیادی نیز صرف شود. معمولا ، روش را بر اساس مصالحه بین میزان صحت و جنبه های اقتصادی انتخاب می کنند.
دومین عاملی که در ارتباط با جنبه های اقتصادی در نظر گرفته می شود ، تعدا نمونه های مورد تجزیه است. اگر تعداد نمونه ها زیاد باشد ، در آن صورت می توان وقت زیادی را صرف عملیات مقدماتی نظیر نصب و درجه بندی دستگاه ها و وسایل و همچنین تهیه محلول های استاندارد کرد. اما اگر فقط یک نمونه یا نهایتا تعداد کمی نمونه داشته باشیم ، شاید صلاح در انتخاب روشی باشد که مراحل مقداتی را یا نداشته و یا حداقل ممکن را داشته باشد.
برای دستیابی به اطلاعات ارزشمند ، لازم است تجزیه بر روی نمونه ای انجام شود که ترکیب آن کاملا معرف تمامی ماده ای که نمونه از آن انتخاب شده است ، باشد. هنگامی که ماده بزرگ و ناهمگن است ، برای انتخاب نمونه نماینده باد 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.
یک نمونه جامد آزمایشگاهی را آسیاب می کنند تا اندازه ذرات آن کاهش یابد ، سپس مخلوط می کنند تا همگن شود و قبل از انجام تجزیه بر روی آن ، برای مدت زمانهای مختلف نگهداری می کنند. 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 نمونه ها 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 نمونه های همتا :
اکثر تجزیه های شیمیایی بر روی نمونه های همتا که وزن یا حجم آنها با دقت توسط ترازوی تجزیه و یا یک وسیله حجمی دقیق تعیین شده است ، انجام می شود. همتا سازی موجب ارتقای کیفیت نتایج و همچنین معیاری برای قابلیت اطمینان آنها خواهد بود.
بیشتر تجزیه ها بر روی محلول حاصل از نمونه ها انجام می شود. در حالت ایده آل ، حلال باید تمامی نمونه ( نه فقط آنالیت ) را به سرعت و به طور 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 اند. در چنین مواردی تبدیل آنالیت به حالت محلول می تواند یک امر دشوار و وقتگیر باشد.
تعداد کمی از خواص شیمیایی و فیزیکی مهم در تجزیه های شیمیایی به گونه شیمیایی خاصی منحصر است. در عوض ، واکنشهایی که به کار می رود و خواصی که اندازه گیری می شود ، شامل ویژگی گروهی از عناصر و ترکیبات است. گونه های غیر از آنالیت از تداخل کننده ها جدا شود. هیچ قاعده و قانون قطعی برای حذف تداخل کننده ها نمی توان ذکر کرد که حل این مساله ، دشوارترین مرحله یک تجزیه است.
تمامی نتایج حاصل از تجزیه به اندازه گیری نهایی X که یک خاصیت فیزیکی آنالیت است ، بستگی دارد. این خاصیت باید به صورت معیین و تکرار پذیر با تغییر غلظت آنالیت تغیر کند. در حالت ایده آل ، خاصیت فیزیکی اندازه گیری شده ، مستقیما با غلظت متناسب است. یعنی:
که در آن K ثابت تناسب است. برای روشهای تجزیه ، باید مقدار به صورت تجربی و با معلوم تعیین شود. فرایند تعیین مقدار K مرحله مهمی است و به نام درجه بندی موسوم است.
معمولا ، محاسبه آنالیت با استفاده از داده های تجربی ، به ویژه با ماشینهای محاسبه و کامپیوتر مدرن ، یک امر ساده و سر راست است. چنین محاسباتی بر مبنای داده های خام که در مرحله اندازه گیری به دست آمده اند 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 داده ها ارزشمند باشند ؛ لازم است میزانعدم قطعیت نتایج محاسبه شده را معلوم کند.خواصی چون نسبت جرم به بار ( طیف سنجی جرمی ) ف سرعت واپاشی پرتوزایی ، گرمای واکنش ، رسانندگی گرمایی ، فعالیت نوری و ضریب شکست است.
فرایند تولید صنعتی سرامیک
اطلاعات اولیه
بعد از آشنایی با مواد اولیه مورد استفاده در سرامیک به طور خلاصه مراحل تولید صنعتی آن را مرور می کنیم. در یک واحد صنعتی تولید سرامیک ، بعد از تهیه مواد اولیه و درجه بندی آن برحسب مرغوبیت ، اولین اقدام آماده کردن مخلوط می ابشد.
آماده کردن مخلوط:
مواد اصلی و ثانوی را باهم مخلوط کرده و چندین بار آسیاب می کنند تا اندازه دانه بندی به شکل قابل قبولی در آید. عملیات قبل از مخلوط کردن شامل الک کردن ، دانه بندی کردن در آب و ممکن است شامل جدا کردن آهن از مخلوط که با آهنربا صورت می گیرد. بعد از انجام این کارها مواد را با آب مخلوط کرده و منتظر ور آمدن خمیر می شوند.
شکل دادن اشیا:
برای اینکه اشیا سرامیکی شکل و فرم مطلوبی داشته باشند از عملیات قالب گیری استفاده می شود.
روشهای مختلف قالبگیری:
- قالبگیری با روش عمودی:
این روش برای شلک دادن اشیایی به کار می رود که می توان از چرخش استفاده کرد. مثلا برای تهیه فنجان و بشقاب و . . . از این روش استفاده می شود. ماده اولیه سرامیک در قالبی که روی یک پایه در حال دوران است ریخته می شود و از بالا اهرمی که در انتهای آن الگوی برش وجود دارد روی ماده سرامیکی قرار گرفته و شکل دلخواه را روی آن ایجاد می کند.
- - قالبگیری:
این نوع شکل دادن مختص اشیایی است که دارای سطح مقطع ثابت هستند. ماده سرامیکی را با فشار وارد اتاقک مخلوط کننده کرده و بعد از قالبگیری و برش از قسمت دیگر دستگاه خارج می شود.
- - قالبگیری فشاری:
این روش برای خمیرهای سرامیکی نیمه خشک و تر به کار می رود. در این روش خمیر سرامیکی در قالبهای مخصوص فشار داده می شود و شکل مطلوب به دست می آید. آجرهای نسوز ، عایقهای الکتریکی و سرامیکهای مخصوص با این روش ساخته می شوند.
خشکاندن اشیای قالبگیری شده :
سرامیک خام دارای مقدار آب 5 الی 30 % است ، این آب همان آب جذب شده به وسیله مواد اولیه است. این مقدار آب باید کاملا از اشیای قالبگیری شده خارج گردد. قبل از پختن اشیا خام سرامیکی خشکاندن آن طی دو مرحله انجام می گیرد. در مرحله اول خارج سازی آب با سرعت ثابت انجام می گیرد و طی آن لایه های نازک آب به طور پیوسته در سطح جسم مشاهده می شود بعد از خشک شدن این لایه آبی مرحله دوم آغاز می شود.
مرحله دوم خارج سازی آب از خلل و فرج شی با سرعت در حال کاهش می باشد. ماکزیمم انقباض در اوایل هر دو مرحله مشاهده می شود. خشک کنها به دو روش پیوسته یا متناوب عمل می کنند.
روش خشک کردن با تکنولوژی جدید:
امروزه به خاطر مسایل اقتصادی از روش پیوسته استفاده می شود. اشیایی را که می خواهند خشک کنند روی وسیله ای قرار می دهند که در یک کانال جهت عکس هوای گرم حرکت می کند. هوای گرم هوایی است که از اجاقهای سرامیک پزی بازیافت شده است. امروزه برای خشک کردن اشیا خام سرامیکی از تکنیکهای جدید همانند اشعه مادون قرمز استفاده می کنند.
پخت اشیا سرامیکی:
پخت سرامیک خشک و خام از پنج مرحله تشکیل شده است :
- - بار کردن اشیا به محفظه پخت
- - پیش گرمایی
- - افزایش دما تا حد پخت
- - سرد کردن
- - تخلیه
تمام این چرخه ممکن است از چند ساعت تا چند روز طول بکشد.
انواع کوره های پخت سرامیک:
- - کوره های پخت از بالا به پایین: این کوره ها شامل محفظه ای است که در بالا قرار گرفته و حرارت ایجاد شده در این محفظه توسط شعله گاز از بالا به پایین انتقال می ابد و عمل پخت نیز در این جهت صورت می گیرد. در محفظه پایین دما به ماکزیمم می رسد و در کف آن سوراخهایی وجود دارد که گازهای سوخته از آن خارج می شود. این عمل به طور پیوسته صورت می گیرد.
- - کوره های هافمن: کوره به طور ثابت ولی شعله متغییر است و معمولا برای پخت آجر به کار می رود. این کوره ها شامل یک آتشدان و قسمت فوقانی طاق مانند ساخته شده از آجرهای دو جداره است. هوای این کوره ها توسط گازهایی مثل CH4 و CO طوری تنظیم می شود که نه اکسید کننده باشد و نه احیا کننده. فقط در مرحله آخر اگر سرامیک حاوی Fe2O3 باشد با فرستادن عامل احیا کننده آنرا تبدیل به FeO می کنند تا رنگ سرامیک روشن تر شود.
محصولات سرامیکی
1- متخلخل:
آجرها- نسوزها- سفالها و مواد کوزه گری که به صورت رنگین می باشد.
2- متراکم:
سفالهای سفید
ظروف چینی سفید
ظروف سفالین رنگی
- سرامیکهای حاصل از تکنولوژی جدید:
سرامیکهای به کار برده شده در نیروگاه های اتمی
سرامیکهای بکار برده شده در صفینه های فضایی
سرامیکهای الکتروتکنیکی و الکترونیکی
کابرد:
امروزه سرامیک در زندگی روزمره انسان کاربرد فراوانی دارد. انواع ظروف ، سرویسهای بهداشتی و مصالح ساختمانی از کاربردهای روزانه سرامیک می باشد.
در نیروگاه های اتمی از قطعات ضخیم سرامیکی به عنوان محافظ های راکتورها برای جلوگیری از نشر پرتوهای رادیواکتیو به بیرون از راکتور استفاده می شود و در صنایع الکترونیکی برای ساختن خازن مورد استفاده قرار می گیرد.
فلز آلومینیوم و تولید آن
آلومینیم :
آلومینیم AL دومین عضو از گروه سوم جدول تناوبی ، فلزی است که در کشور ما تولید می شودو در میان عنصرهای فلزی هم گروه خود بیشترین اهمیت را دارد. آلومینیم به حالت آزاد در طبیعت یافت نمی شود ، اما ترکیبهای آن فراوان است. آلومینیوم بعد از اکسیژن و سیلیسیم فراوانترین عنصر در پوسته زمین است.
پیوند در ترکیبهای آلومینیوم:
مهمترین کانی آلومینیوم ، بوکسیت است که اکسید آلومینیوم آبپوشیده می باشد و برای تهیه فلز از این کانی استفاده می شود. چگالی بار ( نسبت بار به شعاع ) برای یون AL+3 به علت داشتن بار زیاد و کوچک بودن شعاع آن، زیاد است. می دانیم که الکترونها اعم از از اینکه پیوندی باشند یا به صورت زوج تنها ، پیوسته در فضایی که در اختیار دارند ، در حرکت اند و اغلب ، الکترونها را به صورت ابری با بار منفی منسجم می کنیم. این ابر بار می تواند به وسیله یک میدان الکتریکی که در مجاورت آن قرار دارد ، از حالت کروی خارج شده ، به سمت یک بار مثبت کشیده یا به وسیله یک بار منفی رانده شود. درجه سهولت واپیجش ابر الکترونی یک ذره را قطبش پذیری آن می نامند. قطبش پذیری اتم ها یا یون های کوچکتر کمتر از اتمها یا یونهای برزگتر است ، زیرا در اتمها یا یونهای کوچکتر ، الکترونها به هسته نزدیکتراند و اتصال آنها با هسته محکمتر است. آلومینیوم در ترکیبهایی خود با از دست دادن هر سه الکترون ظرفیت ، عدد اکسایش 3+ بدست می آورد. اما یون AL+3 با توجه به اندازه کوچک و بار زیادی که دارد ، میتواند به راحتی باعث قطبش ابر بار هر آنیونی که با آن در تماس است ، شود و آن آنیون را به سمت خود بکشد و در فضای بین یون آلومیینوم و آنیون، ابر الکترونی قابل ملاحظه ای پدید می آید که نشانه ای از پیدایش خصلت کووالانسیدر پیوند است. به این ترتیب ، پیوند آلومینیوم با آنیونهایی نظیر Br- و I-که قطبش پذیری آنها بیشتر است ، به صورت کووالانسی توصیف می شود. اثر قطبش یون AL+3 را روی هالیدها می توان با مقایسه خواص هالیدهای آلومینیوم دریافت.
اکسید آلومینیوم: ( AL2O3 )
اکسید آلومینیوم را معمولا یک ترکیب یونی در نظر می گیریم ، اما به علت قطبش پذیری یونهای اکسیدبه وسیله یونهای AL+3 پیوند آلومینیوم و اکسیژن تا حدودی خصلت کووالانسی دارد. برهم کنش الکتروستاتیک بین یونهای کوچک آلومینیوم و اکسیژن از یک طرف و پیدایش خصلت کووالانسی از طرف دیگر ، سبب شده که پیوند بین این یونها در اکسید آلومینیوم بسیار قوی باشد. این اکسید در دمای C 0 205 ذوب می شود و در آب نامحلول است.
اکسید آلومینیوم در طبیعت به دو صورت آبپوشیده و بی آب یافت می شود. شکل آبپوشیده آن بوکسیت نام دارد. سنگ سنباده و ( کوراندوم ) شکل بی آب آن است. کوراندوم جسمی سخت و متبلور است و با جایگزین شدن مقدار کمی از یونهای فلزهای واسطه به جای یونهای آلومینیوم در این بلور ، سنگهای قیمتی مانند یاقوت قرمز یا یاقوت کبود به دست می آید. یاقوت قرمز که در لیزر هم از آن استفاده می شود ، شامل مقدار جزئی Cr+3 و یاقوت کبود شامل Fe+3 و Ti(TV) است. رنگ این سنگها ناشی از وجود این یونهای فلزهای واسطه است. از اکسید آلومینیوم به خاطر داشتن ساختاری پایدار و فوق العاده سخت در تهیه سیمان ، آجرهای دیرگداز کوره ها و سطح بی اثر کاتالیزگر در کراکنیگ برشهای نفتی استفاده می شود.
استخراج آلومینیوم:
آلومینیوم در صنعت به وسیله الکترولیز اکسید آلومینیوم مذاب تهیه می شود. اکسید آلومینیوم از بوکسیت که اکسید آلومینیوم آبپوشیده و ناخالص است ، به دست می آید. ناخالصیهای بوکسیت به طور عمده ، هماتیت و سلیس است. برای جداسازی آلومینیوم با توجه به خصلت بازی اکسید آهن ، خصلت اسیدی ( اکسید سیلسیم ) ( سلیس ) و خصلت آمفوتری اکسید آلومینیوم از سود سوز آور استفاده می کنند. اکسید آلومینیوم و سلیس در محلول غلیظ سود حل می شوند.
اکسید آهن را به وسیله صافی جدا می کنند ، سپس دی اکسید کربن را از محلول عبور می دهند. دی اکسید کربن با آب ، اسید ضعیف ( اسید کربنیک ) را تشکیل می دهد. بدین ترتیب ، اکسید آلومینیوم رسوب می کند و یون سیلیکات در محلول باقی می ماند. اکسید آلومینیوم را در کریولیت مذاب Na3Alf6 که دمای ذوب آن از اکسید آلومینیوم کمتر است ، حل می کنند. دمای الکترولیت مذاب حدود 850 است. یون AL+3 در کاتد سلول الکترولیز که از جنس گرافیت است ، کاهش یافته ، به صورت آلومینیوم مذاب در ته سلول جمع می شود. در آند نیز اکسیژن آزاد می شود. آند نیز از جنس گرافیت است. اکسیژن در دمای زیاد با کربن ترکیب شده ، اکسیدهای کربن تشکیل می دهد. از این رو ، آند می سوزد و هرچند مدت یکبار آن را تعویض می کنند.
موارد استفاده آلومینیوم:
آل.مینیوم یکی از فلزهای ساختمانی است و آن را با فلزهای مختلف به صورت آلیاژ در می آورند و در صنایع هواپیماسازی ، موتور اتومبیل و ساخت در و پنجره به کار می برند. همچنین ، آلومینیوم برای ساخت قوطیهای نوشابه مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین آلومینیوم برای تولید فویلهای آلومینیومی مورد استفاده قرار می گیرد.
هزینه تولید آلومینیومو مشکلات زیست محیطی:
منابع آلومینیوم در طبیعت از منابع تجدید نماپذیر به شمار می آیند. به این معنا که طبیعت راهی برای تولید مجدد این منبع ندارد. از طرف دیگر ، تولید آلومینیوم به مصرف الکتریکی بسیار زیادی نیاز دارد. با توجه به اینکه آلومینیوم مصرفی سرانجام به صورت زباله به طبیعت راه پیدا می کند ، مساله بازگردانی آلومینیوم از نظر حفظ محیط زیست حائز اهمیت و از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه است. مثلا هزینه لازم برای جمع آوری قوطی های نوشابه ، انرژی الکتریکی مصرفی برای ذوب این قوطی ها و ساخت مجدد آنها حدود 5 درصد هزینه استخراج آلومینیوم از بوکسیت است. انجام این کار به حفظ طولانی تر منابع بوکسیت ، به حفظ منابع سوختهای فسیلی که باید برای تولید انرژی الکتریکی مورد نیاز کارخانه های تولید آلومینیوم به کار رود، به کاهش مواد آلاینده ای که در نتیجه احتراق سوختهای فسیلی در فضا پراکنده می شوند و نهایتا به حفظ محیط زیست کمک می کند. بازگردانی آلومینیوم امروزه در بسیاری از کشورهای صنعتی که مصرف آلومینیوم در آنها به خصوص به صورت قوطیهای نوشابه زیاد است ، انجام می گیرد.
فولاد
تعریف کلی:
اصطلاح فولاد ( Steel ) برای آلیاژهای آهن که تا حدود 5/1 در صد کربن دارند و غالبا با فلزهای دیگر همراهند ، به کار می رود. خواص فولاد به درصد کربن موجود در آن ، عملیات حرارتی انجام شده بر روی آن و فلزهای آلیژ دهنده موجود در آن بستگی دارد.
کابرد انواع مختلف فولاد:
از فولادی که تا 2/0 درصد کربندارد ، برای ساختن سیم ، لوله و ورق فولاد استفاده می شود. فولاد متوسط 2/0 تا 6/0 در صد کربن دارد و آن را برای ساختن ریل ، دیگ بخار و قطعات ساختمانی به کار می برند. فولادی که 6/0 تا 5/1 در صد کربن دارد ، سخت است و از آن برای ساختن ابزار آلات ، فنر و کارد و چنگال استفاده می شود.
ناخالصیهای آهن و تولید فولاد :
آهنی که از کوره بلند خارج می شود ، چدن نامیده می شودکه دارای مقادیری کربن ، گوگرد ، فسفر ، سیلسیم ، منگنز و ناخالصیهای دیگر است. در تولید فولاد دو هدف دنبال می شود :
- سوزاندن ناخالصیهای چدن
- افزودن مقادیر معین از مواد آلیاژدهنده به آهن
منگنز ، فسفر و سیلسیم در چدن مذاب توسط هوا یا اکسیژن به اکسید تبدیل می شوند و با کمک ذوب مناسبی ترکیب شده ، به صورت سرباره خارج می شوند. گوگرد به صورت سولفید وارد سرباره می شود و کربن هم می سوزد و به صورت کربن منوکسید ( Co) یا کربن دی اکسید ( Co2) در می آید. چنانچه ناخالصی اصلی منگنز باشد ، یک کمک ذوب اسیدی که معمولا سیلسیم دی اکسید ( Sio2 ) است ، به کار می برند:
و چنانچه ناخالصی اصلی سیلسیم یا فسفر باشد ( و معمولا چنین است ) ، یک کمک ذوب بازی که معمولا ( منیزیم اکسید ) ( Mgo ) یا کلسیم اکسید ( Cao) است ، اضافه می کنند :
کوره تولید فولاد و جدا کردن ناخالصیها:
معمولا جداره داخلی کوره ای را که برای تولید فولاد به کار می رود ، توسط آجرهایی که از ماده کمک ذوب ساخته شده اند ، می پوشانند. این پوششی مقداری از اکسیدهایی راکه باید خارج شوند ، به خود جذب می کند.
برای جداکردن ناخالصیها، معمولا از روش کوره باز استفاده می کنند. این کوره یک ظرف بشقاب مانند دارد که در آن 100 تا 200 تن آهن مذاب جای می گیرد. بالای این ظرف ، یک سقف مقعر قرار دارد که گرما را روی سطح فلز مذاب منعکس می کند. جریان شدیدی از اکسیژن را از روی فلز مذاب عبور می دهند تا ناخالصیهای موجود در آن بسوزند. در این روش ناخالصیها در اثر انتقال گرما در مایع و عمل پخش به سطح مایع می آیند و عمل تصفیه چند ساعت طول می کشد ، البته مقداری از آهن اکسید می شود که آن را جمع آوری کرده ، به کوره بلند باز می گردانند.
روش دیگر جدا کردن ناخالصیها از آهن:
در روش دیگری که از همین اصول شیمیایی برای جدا کردن ناخالصیها از آهن استفاده می شود ، آهن مذاب را همراه آهن قراضه م کمک ذوب در کوره ای بشکه مانند که گنجایش 300 تن بار را دارد می ریزند. جریان شدیدی از اکسیژن خالص را با سرعت مافوق صوت بر سطح فلز مذاب هدایت می کنند و با کج کردن و چرخاندن بشکه ، همواره سطح تازه ای از فلز مذاب را در معرض اکسیژن قرار می دهند. اکسایش ناخالصیها بسیار سریع صورت می گیرد و وقتی محصولات گازی مانند CO2 رها می شوند، توده مذاب را به هم می زنند ، به طوری که آهن ته ظرف ، رو می آید. دمای توده مذاب ، بی آنکه از گرمایخارجی استفاده شود ، تقریبا به دمای جوش آهن می رسد و در چنین دمایی ، واکنشها فوق العاده سریع بوده ، تمامی این فرایند ، درز مدت یک ساعت یا کمتر کامل می شود و معمولا محصولی یکنواخت و دارای کیفیت خوب به دست می آید.
تبدیل آهن به فولاد:
آهن مذاب تصفیه شده را با افزودن مقدارمعین کربن و فلزهای آلیاژ دهنده مثل وانادیم ، کروم ،تیتانیم ،منگنز و نیکل به فولاد تبدیل می کنند. فولادهای میژه ممکن است مولیبدن ، تنگستن یا فلزهای دیگر داشته باشند. این نوع فولادها برای مصارف خاصی مورد استفاده قرار می گیرند.
ئر ئمای زیاد ، آهن و کربن با یکدیگر متحد شده ، کربید آهن به نام سمانتیت تشکیل می دهند.
این واکنش ، برگشت پذیر و گرماگیر است:
هرگاه فولادی که دارای سمانتیت است به کندی سرد شود ، تعادل فوق به سمت تشکیل آهن و کربن ، جابجا شده ، کربن به صورت پولکهای گرافیت جدا می شود و به فلز ، رنگ خاکستری می دهد. برعکس اگر فولاد به سرعت سرد شود ، کربن عمدتا به شکل سمانتیت که رنگ روشنی دارد ، باقی می ماند. تجزیه سمانتیت در دمای معمولی به اندازه ای کند است که عملا انجام نمی گیرد. فولادی که دارای سمانتیت است ، از فولادی که دارای گرافیت است ، سخت تر و خیلی شکننده تر است. در هر یک از این دو نوع فولاد ، مقدار کربن را می توان در محدوده نسبتا وسیعی تنظیم کرد.
همچنین ، می توان مقدار کل کربن را در قسمتهای مختلف یک قطعه فولاد تغییر داد و خواص آن را بهتر کرد. مثلا بلبرینگ از فولاد متوسط ساخته شده تا سختی و استحکام داشته باشد ، و لیکن سطح آن را در بستری از کربن حرارت می دهند تا لایه نازکی از سمانتیت روی آن تشکیل گردد و بر سختی آن افزوده شود.
مباحث مرتبط با عنوان:
- آهن
- استخراج آهن
- خوردگی آهن
مریخ سیاره سرخ:
نکاه اجمالی:
سیاره مریخ به کمک تلسکوپ مانند یک قرص سرخ رنگ دیده می شود ، سطح آن ، نواحی مختلف تاریک و روشن و همچنین کلاهکهای سفید یخی در قطبهای جنوب و شمال دارد. مریخ نیز مانند زمین دارای گردش فصلی است. هنگامی که یک نیمکره تابستان را می گذراند ، نیمکره دیگر در زمستان است. در نیمه تابستان سیاره به علت گرمای خورشید کلاهکهای قطبی ذوب و کوچکتر می شوند و در همین موقع در نیمه دیگر که سرد و زمستانی است ، کلاهکها بزرگتر می شوند. در یک سال مریخی که حدود دو سال زمینی طول می کشد ، در سطح آن به ویژه در اطراف کلاهکهای یخی ، تغییرات مختلفی روی می دهد. نمودهای روی یخ و تغییر آنها ، سالها اختر شناسان را به این فکر وا می داشت که نوعی از گیاهان ساده در سطح آن وجود دارند.
مریخ
مریخ به رنگ قرمز متمایل به نارنجی دیده می شود که آنرا به خدای یونانیها مربوط می کند. این چهارمین سیاره از طرف خورشید است که در مداری نزدیک به مدار زمین ، به دور خورشید می گردد ، به طوری که قابل توجه ترین حرکت برگشتی را در نقطه مقابلش به نمایش می گذارد. این مقابله با یک دوره تناوب نجومی 9/799 شبانه روز یا در حدود 26 ماه اتفاق می افتد. در این موقع سیاره یک اندازه زاویه ای ظاهری به مقدار 180 درجه دارد و ممکن است شکل کاملش در تمام شب دیده شود.
کاوش مریخ:
تلسکوپهای واقع در زمین نمی توانستند وجود حیات در مریخ را اثبات کنند. حتی رصد خانه ای برای مطالعه سیارات و به ویژه مریخ ساخته شد. اما باز ماهیت نمودهای سطح مریخ جزو اسرار باقی ماند. ولی امروزه ، سفینه های فضایی در مریخ فرود آمده و اطلاعات زیادی کسب کرده اند. در سال 1976 میلادی (1335شمسی) ، سفینه های وایکینگ 1 و 2 درسطح مریخ دو سفینه ، سفینه های زیادی به طرف مریخ روانه شدند و در مدارهایی به دور آن قرار گرفته اند. هزاران عکسی که آنها تهیه کرده اند ، اطلاعات ما را در مورد مریخ بسیار افزایش داده است.
علت سرخی مریخ:
تمامی این سیاره به صورت بیابانی وسیع است. در سطح آن جریان وارونه در جو آن آبی وجود دارد. عکسهای رنگی ، چشم انداز کاملا خشک و بی حاصلی را نشان می دهد. که پوشیده از سنگهای پراکنده است ، رنگ سرخ این سیاره به سبب سنگهایی است که دارای اکسید آهن (زنگ آهن) هستند. از این سنگها در زمین نیز یافت می شود. تنها سطح مریخ این رنگ را دارد. زیرا سفینه های وایکینگ با خاکبرداری نشان دادند که در زیر غبار سرخ ، سنگهایی با رنگ تیره قرار دارند. به دلیل وجود غبار سرخ ، حتی آسمان مریخ نیز به همین رنگ دیده می شود. گاهی طوفانهای غباری بزرگ پدیدار می شوند و تقریبا هر ده سال ، گردباد عظیمی رخ می دهد که تمام سیاره در آن فرو می رود.
حرکت ظاهری مریخ:
نیم قطر 1 طول مدار مریخ AV 5237/1 است که تنها 85/1 درجه نسبت با دایره البروج شیب دارد. خروج از مرکز مداری آن دلالت بر این دارد که در نقطه مقابل ، فاصله زمین – مریخ است. جو رقیق مریخ امکان می دهد که علائم سطحی آن بخوبی فهمیده شوند.
دوره تناوب چرخشی نجومی مریخ 24 ساعت و 37 دقیقه و 6/22 ثانیه و محور چرخش آن نسبت به صفحه مداریش 25 درجه و 12 دقیقه میل دارد. این توافق نزدیک با خصوصیات چرخشی زمین بر این مطلب دلالت می کند که اگر در مریخ باشید ، می توانید این انتظار را که فصلهای مریخی دو برابر فصلهای زمین طول بکشد را کاملا احساس کنید.
مشخصات فیزیکی:
شعاع مریخ 33940 کلیلومتر است که تنها 53 درصد شعاع زمین می باشد. مریخ 2 قمر دارد. و بنابراین برای پی بردن به جرم مریخ می توانیم از شکل نیوتنی قانون سوم کپلر و مدارهای این اقمار استفاده کنیم. جرم مریخ تنها .... کیلوگرم ، در حدود 11 درصد جرم زمین است. چگالی آن 3900 کیلوگرم بر مترمکعب ،تنها اندکی بیشتر از چگالی ماه (3900 کیلوگرم بر متر مکعب) و خیلی کمتر از چگالی زمین (5500 کیلوگرم بر متر مکعب) است. این چگالی دلالت بر این دارد که ناحیه داخلی مریخ بایستی با ناحیه داخلی زمین متفاوت باشد ، به ویژه هسته آن باید کوچکتر و احتمالا شامل مخلوطی از آهن و سولفور آهن که چگالی کمتری از مواد هسته زمین دارد ، باشد. شاید قسمت گذشته مریخ همان چگالی پوسته زمین را دارا باشد.
