ویرایش

پی‌گیری این صفحه

کربن

بور → کربن ← نیتروژن

-

↑

C

↓

Si 

6C

جدول تناوبی

ظاهر

سیاه (گرافیت) و بی رنگ (الماس)

طیف نشری خطی کربن

ویژگی‌های کلی

نام، نماد، عدد کربن، C، 6

تلفظ به انگلیسی /?k?rb?n/

نام گروهی برای عناصر مشابه نافلزات

گروه، دوره، بلوک 14, 2, p

جرم اتمی استاندارد 12.0107(8) g·mol−1

آرایش الکترونی 1s2 2s2 2p2 or [He] 2s2 2p2

الکترون به لایه 2,4 (تصویر)

ویژگی‌های فیزیکی

حالت جامد

چگالی (نزدیک به دمای اتاق) amorphous:[1] 1.8–2.1 g·cm−3

چگالی (نزدیک به دمای اتاق) graphite: 2.267 g·cm−3

چگالی (نزدیک به دمای اتاق) diamond: 3.515 g·cm−3

نقطه سه‌گانه 4600 K (4327°C), 10800[2][3] kPa

گرمای هم‌جوشی 117 (graphite) kJ·mol−1

ظرفیت گرمایی 8.517(graphite),

6.155(diamond) J·mol−1·K−1

ویژگی‌های اتمی

وضعیت اکسید شدن 4, 3 [4], 2, 1 [5], 0, -1, -2, -3, -4[6]

الکترونگاتیوی 2.55 (مقیاس پاولینگ)

انرژی‌های یونش

(more) نخستین: 1086.5 kJ·mol−1

دومین: 2352.6 kJ·mol−1

سومین: 4620.5 kJ·mol−1

شعاع کووالانسی 77(sp³), 73(sp²), 69(sp) pm

شعاع واندروالانسی 170 pm

متفرقه

مغناطیس دیامغناطیس[7]

رسانایی گرمایی (300 K) 119-165 (graphite)

900-2300 (diamond) W·m−1·K−1

انبساط گرمایی (25 °C) 0.8 (diamond) [8] µm·m−1·K−1

سرعت صوت (سیم نازک) (20 °C) 18350 (diamond) m/s

مدول یانگ 1050 (diamond) [8] GPa

مدول برشی 478 (diamond) [8] GPa

مدول حجمی 442 (diamond) [8] GPa

نسبت پواسون 0.1 (diamond) [8]

سختی موس 1-2 (Graphite)

10 (Diamond)

عدد کاس 7440-44-0

پایدارترین ایزوتوپ‌ها

مقاله اصلی ایزوتوپ‌های کربن

ایزوتوپ NA نیم‌عمر DM DE (MeV) DP

15

12C 98.9% 12C ایزوتوپ پایدار است که 6 نوترون دارد

13C 1.1% 13C ایزوتوپ پایدار است که 7 نوترون دارد

14C trace 5730 y β- 0.156 14N

ن ب و

کربن عنصری شیمیائی در جدول تناوبی با نشان C و عدد اتمی 6 است. کربن عنصری غیر فلزی و فراوان، چهارظرفیتی و دارای چندین دگرشکل می‌باشد، از جمله:

الماس، سخت‌ترین کانی شناخته شده و دارای بالاترین سرعت صوت و رسانایی گرمایی در میان مواد

گرافیت، یکی از نرم‌ترین مواد

فولرن، مولکول‌هایی در حد بیلیونیوم متر هستند و اشکال مختلفی دارند.

دوده چراغ از سطوح کوچک گرافیت تشکیل شده. این سطوح بصورت تصادفی توزیع شده، به همین دلیل کل ساختمان آن همسانگرد (ایزوتروپیک) است.

چنین کربنی همسانگرد و مانند شیشه محکم است. لایه‌های گرافیت آن مانند کتاب مرتب نشده‌اند، بلکه مانند کاغذ خرد شده می‌باشند.

الیاف کربن شبیه کربن شیشه‌ای می‌باشند. تحت مراقبتهای ویژه (کشیدن الیاف آلی و کربنی کردن) می‌توان لایه‌های صاف کربن را در جهت الیاف مرتب کرد. هیچ لایه کربنی در جهت عمود بر محور الیاف قرار نمی‌گیرد. نتیجه الیافی با استحکام بیشتر از فولاد می‌باشد. کربن در تمامی جانداران وجود داشته و پایه [شیمی آلی] را تشکیل می‌دهد. همچنین این غیرفلز ویژگی جالبی دارد که می‌تواند 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 می‌کند که برای رویش گیاهان، حیاتی می‌باشد. در صورت ترکیب با هیدروژن ترکیبات مختلفی بنام هیدرو کربنها را بوجود می‌آورد 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 می‌سازند که برای حیات و استر، که طعم دهنده بسیاری از میوه‌ها است، ضروری است. ایزوتوپ C-14 به طور متداول در سن یابی پرتوزایشی کاربرد دارد.

اشکال ویرایش

کربن به دلایل زیادی قابل توجه‌است. اشکال مختلف آن شامل یکی از نرم‌ترین (گرافیت) و یکی از سخت‌ترین (الماس) مواد شناخته شده توسط انسان می‌باشد. افزون بر این، 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 می‌آورد. این خصوصیات باعث شکل گیری ده میلیون ترکیبات کربنی شده‌است. ترکیبات کربن زیر بنای حیات را در زمین می‌سازند و چرخه کربن – نیتروژن قسمتی از انرژی تولید شده توسط خورشید و ستارگان دیگر را تأمین می‌کند.

تولید کربن ویرایش

کربن در اثر مهبانگ (انفجار بزرگ آغازین) حاصل نشده، چون این عنصر برای تولید نیاز به یک برخورد سه مرحله‌ای 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 سه‌گانه آلفا به کربن تبدیل می‌کنند، تولید شد.

کاربردها ویرایش

کربن بخش بسیار مهمی در تمامی موجودات زنده‌است و تا آنجا که می‌دانیم بدون این عنصر زندگی وجود نخواهد داشت (به برتر پنداری کربن مراجعه کنید). عمده‌ترین کاربرد اقتصادی کربن، فرم هیدروکربنها می‌باشد که قابل توجه‌ترین آنها سوختهای فسیلی، گاز متان و نفت خام است. نفت خام در صنعت پتروشیمی برای تولید محصولات زیادی از جمله مهم‌ترین آنها بنزین، گازوئیل و نفت سفید بکار می‌رود که از طریق فرایند تقطیر در پالایشگاهها بدست می‌آیند. از نفت خام مواد اولیه بسیاری از مواد مصنوعی، که بسیاری از آنها در مجموع پلاستیک نامیده می‌شوند، شکل می‌گیرد.

دیگر کاربردها ویرایش

ایزوتوپ C-14 که در 27 فوریه 1930 کشف شد در سن یابی کربن پرتوزا مورد استفاده‌است.

گرافیت در ترکیب با خاک رس به‌عنوان مغز مداد بکار می‌رود.

الماس جهت تزئین ونیز در مته‌ها و سایر کاربردهایی که سختی آن مورد استفاده‌است کاربرد د ارد.

برای تولید فولاد، به آهن کربن اضافه می‌کنند.

کربن در میله کنترل در واکنشگاه‌های اتمی بکار می‌رود.

گرافیت به شکل پودر و سفت شده به‌عنوان زغال چوب برای پخت غذا، در آثار هنری و موارد دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

قرصهای زغال چوب در پزشکی که به صورت قرص یا پودر وجود دارند برای جذب سم از دستگاه گوارشی مورد استفاده‌اند.

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

پیشینه ویرایش

کربن (واژه لاتین carbo به معنی زغال چوب) در دوران پیشاتاریخ کشف شد و برای مردم باستان که آن را از سوختن مواد آلی در اکسیژن ضعیف تولید می‌کردند، آشنا بود. (تولید زغال چوب). مدت طولانی است که الماس به‌عنوان ماده‌ای زیبا و کمیاب به حساب می‌آید. فولرن، آخرین آلوتروپ شناخته شده کربن در دهه 80 به‌عنوان محصولات جانبی آزمایش‌های پرتو مولکولی کشف شدند.

دگرگونه‌ها (آلوتروپها) ویرایش

هشت آلوتروپ از کربن

نمودار فازی کربن

تاکنون چهار شکل گوناگون از کربن شناخته شده‌است: غیر متبلور (آمورف)، گرافیت، الماس و فولرن.

کربن در نوع غیر بلورین آن اساساً گرافیت است اما بصورت ساختارهای بزرگ بلورین وجود ندارد. این شکل کربن، بیشتر بصورت پودر است که بخش اصلی موادی مثل زغال چوب و سیاهی چراغ (دوده) را تشکیل می‌دهد. در فشار و دمای اتاق کربن به شکل گرافیت پایدارتر است که در آن هر اتم با سه اتم دیگر بصورت حلقه‌های شش وجهی- درست مثل هیدروکربنهای معطر - به هم متصل شده‌اند. هردو گونه شناخته شده از گرافیت، آلفا (شش ضلعی) و بتا (منشور شش وجهی که سطوح آن لوزی است) خصوصیات فیزیکی همانند دارند تنها تفاوت آنها در ساختار بلوری آنها می‌باشد. گرافیتهای طبیعی شامل بیش از 30? نوع بتا هستند در حالیکه گرافیتهای مصنوعی تنها حاوی نوع آلفا می‌باشند. نوع آلفا از طریق فرآوری مکانیکی می‌تواند به بتا تبدیل شود و نوع بتا نیز براثر دمای بالای 1000 درجه سانتیگراد دوباره بصورت آلفا بر می‌گردد.

گرافیت به سبب پراکندگی ابر pi هادی الکتریسیته است. این ماده نرم بوده و ورقه‌های آن که اغلب به‌وسیله اتمهای دیگر تفکیک شده‌اند، تنها به‌وسیله نیروهای وان در والس به هم چسبیده‌اند به گونه‌ای که به راحتی یکدیگر را کنار می‌زنند.

در دما و فشارهای خیلی بالا کربن به صورت الماس پایدار است که در آن هر اتم با چهار اتم دیگر پیوند دارد. الماس ساختار مکعبی همانند سیلسیم و ژرمانیم دارد و (به سبب نیروی پیوندهای کربن – کربن) با نیترید بور هم‌الکترون(BN) در کنارهم بوده و سخت‌ترین جسم از نظر مقاومت در برابر سایش به شمار می‌رود. تبدیل الماس به گرافیت در حرارت اتاق به قدری کند است که محسوس نیست. در برخی شرایط کربن به شکل لونسدالیت (lonsdalite) متبلور می‌شود که مشابه الماس ولی شش ضلعی است. فولرین ساختاری مثل گرافیت دارد اما بجای بخش‌های تماماً شش ضلعی، حاوی پنج ضلعیها (یا احتمالاً هفت ضلعیهای) اتمهای کربن نیز می‌باشند که ورقه را به شکل کره، بیضی یا استوانه بوجود می‌آورند. ویژگیهایی از فولرین با نام فولرین باکمینستر (buckminsterfullerene) هم نامیده می‌شوند هنوز بخوبی بررسی نشده‌اند. اینگونه ساختار را به گونه کوتاه شده، گلوله‌های باکی (buckyballs) هم نامیده‌اند. کل نامگان فولرین برگرفته از نام باکمینستر فولر (Buckminster Fuller)، توسعه دهنده گنبد میله‌ای می‌باشد که از ساختار گلوله‌های باکی تقلید کرد.

پیدایش ویرایش

تقریباً ده میلیون ترکیبات کربنی که برای دانش شناخته شده‌اند وجود دارد که هزاران نوع آنها در فرایندهای حیاتی و واکنشهای آلی بسیار مهم اقتصادی، ضروری می‌باشند. این عنصر به مقدار فراوان در خورشید، ستارگان، ستاره‌های دنباله دار و نیز در جو بیشتر سیارات یافت می‌شود. بعضی از شهابسنگها حاوی الماسهای میکروسکپی هستند که در زمانیکه منظومه شمسی هنوز یک دیسک گازی شکل بود شکل گرفته‌اند. کربن به صورت ترکیب با سایر عناصر در جو زمین وجود دارد و در همه گونه آب حل می‌شود. کربن به همراه مقادیر کمتر کلسیم، منیزیم و آهن، عنصر اصلی سازنده جرم زیادی از سنگ کربنات (سنگ آهک، دولمیت، سنگ مرمر و...) می‌باشد. این عنصر در صورت ترکیب با هیدروژن تولید زغال سنگ، نفت خام و گاز طبیعی می‌کند که آنها را هیدرو کربن می‌نامند. گرافیت به مقدار فراوان در نیویورک و تکزاس، آمریکا، روسیه، مکزیک، گرینلند و هند یافت می‌شود. الماس طبیعی در کیمبرلیت معدنی موجود درچینه‌ها یا ستونهای سنگهای آذرین یافت می‌شوند. بیشترین الماس در آفریقا بویژه آفریقای جنوبی، نامیبیا، بوتسوانا، جمهوری کنگو و سیرالئون وجود دارد. همچنین کانادا، قسمت‌های قطبی روسیه، برزیل و بخش‌های غربی و شرقی استرالیا دارای الماس می‌باشد.

ترکیبات غیر آلی ویرایش

(به شیمی آلی هم مراجعه کنید)

معروف‌ترین اکسید کربن، دی اکسید کربن (CO2) است که به مقدار کمتری در اتمسفر زمین وجود دارد. این اکسید توسط موجودات زنده، و برخی موارد دیگر تولید شده و مورد استفاده قرار می‌گیرد. آب مقدار کمی اسید کربنیک تولید می‌کند اما دی اکسید کربن مانند بیشتر ترکیباتی که دارای پیوندهای ساده چندگانه با اکسیژنهای روی یک کربن هستند، ناپایدار است. به هر حال، از طریق این واسطه، یونهای کربنات با تشدید تثبیت شده، بوجود می‌آیند. تعدادی از مواد معدنی مهم، کربناتها هستند که معروف‌ترین آنها کلسیت است. دی سولفید کربن، (2 CS)، هم مانند آن می‌باشد.

اکسیدهای دیگر آن، مونوکسید کربن (CO) و زیراکسید (suboxide) نادر C3O2 هستند. مونوکسید کربن که گازی بی‌رنگ و بی‌بو است به‌وسیله اکسیده شدن ناقص بوجود می‌آید. هر یک از این مولکولها دارای یک پیوند سه‌گانه و نسبتاً قطبی هستند که ناشی از تمایل به یک پیوند دائمی با مولکولهای هموگلوبین می‌باشد به طوریکه این گاز بسیار سمی است. سیانید (CN-) دارای ساختار و رفتاری بسیار شبیه به یون هالید بوده و نیترید سیانوژن (CN2) نیز به آن مربوط است.

کربن با فلزات قوی، کاربید C-، و یا استیلید C22-؛ بوجود می‌آورد که با متان و استیلن همراه بوده و هر دوی آنها اسیدهای به طور باور نکردنی پائتیک اسید هستند. در کل، کربن با الکترو نگاتیوی 5/2 به تشکیل پیوندهای کووالانسی تمایل دارد. تعداد کمی از کاربیدها مثل کربوراندوم و Sic، که شبیه الماس می‌باشند، بصورت شبکه‌های کوالانسی هستند.

زنجیره کربن ویرایش

در ساختار اتمی هیدروکربنها، گروهی از اتمهای کربن (اشباع شده با اتمهای هیدروژن) تشکیل یک زنجیره می‌دهند. روغنهای فرار زتجیره‌های کوچک‌تری دارند. چربی‌ها دارای زنجیره‌های بلندتر و پارافینها زنجیره‌هایی بی‌اندازه بلندی دارند.

چرخه کربن ویرایش

فرایند مداوم ترکیب و آزادسازی کربن و اکسیژن که در آن انرژی و حرارت ذخیره و دفع می‌شود را چرخه کربن می‌گویند. فروگشت (کاتابولیسم) + فراگشت (آنابولیسم) = دگرگشت (متابولیسم). (واژه‌ها از فرهنگستان زبان و ادب فارسی). به چرخه کربن مراجعه کنید

ایزوتوپ‌ها ویرایش

نوشتار اصلی: ایزوتوپ‌های کربن

اتحادیه بین‌المللی شیمی کاربردی و محض در سال 1961 ایزوتوپ کربن- 12 را برای اوزان اتمی اتخاذ کرد. کربن- 14 رادیوایزوتوپی است با نیمه عمر 5715 سال و برای تاریخ یابی رادیو کربن چوب، نقاط باستان‌شناسی و نمونه‌ها کاربرد بسیار زیادی دارد. کربن دارای دو ایزوتوپ پایدار طبیعی می‌باشد: (C-12(?98?89 و C-13(?1?11). نسبت این ایزوتوپها در؟ به نسبت الگوی VPDB (Vienna Pee Dee Belemnite from the Peedee Formation of South Carolina). d C-13 در اتمسفر 7 -؟ است است. هنگام فتوسنتز، کربنی که در بافت گیاه تثبیت می‌شود، به طور قابل ملاحظه‌ای به C-13 موجود در جو بستگی دارد.

دو حالت برای توزیع مقادیر dC-13 در گیاهان خشکی وجود دارد که ناشی از تفاوتهایی است که گیاهان در واکنشهای فتوسنتز بکار می‌برند. بیشتر گیاهان خشکی، گیاهان مسیر C3 هستند و دارای ارزشهای dC-13 بوده که بین 24- و 34- قرار دارند(؟). دومین گروه از گیاهان (گیاهان مسیر C4) می‌باشند که ترکیبی از گیاهان آبی، صحرایی، شوراب زار و مرغزارهای استوایی هستند، و دارای ارزشهای dC-13 بین 6- و 19- می‌باشند. یک گروه واسطه (گیاهان کم)، متشکل از جلبک و گلسنگ، دارای ارزشهای dC-13 می‌باشد که بین 12- و 23-؟ هستند. dC-13 گیاهان و موجودات زنده داده‌های سودمندی درباره مواد مغذی و ارتباطات شبکه غذایی ارائه می‌کند.

هشدارها ویرایش

ترکیبات کربن گستره وسیعی از آثار سمی دارند. مونوکسید کربن (C O) موجود در اگزوز موتورهای درون‌سوز و سیانید (CN) که گاهی اوقات در آلودگیهای معدنی وجود دارد برای پستانداران بسیار سمی هستند. بسیاری از ترکیبات دیگر کربن نه تنها سمی نیستند بلکه در واقع برای زیست ضروری می‌باشند. گازهای آلی مثل اتیلن (H2C=CH2) و اتان و (HCCH)، و متان (CH4) در صورت مخلوط شدن با هوا قابلیت انفجار و اشتعال خطرناکی پیدا می‌کنند.

ویرایش

پی‌گیری این صفحه

سدیم

برای دیگر کاربردها، سدیم (ابهام‌زدایی) را ببینید.

نئون → سدیم ← منیزیم

Li

↑

Na

↓

K 

11Na

جدول تناوبی

ظاهر

نقرهy white metallic

Spectral lines of sodium

ویژگی‌های کلی

نام، نماد، عدد سدیم، Na، 11

تلفظ به انگلیسی /?so?di?m/ SOH-dee-?m

نام گروهی برای عناصر مشابه فلزات قلیایی

گروه، دوره، بلوک 1, 3, s

جرم اتمی استاندارد 22.98976928 g·mol−1

آرایش الکترونی [Ne] 3s1

الکترون به لایه 2,8,1 (تصویر)

ویژگی‌های فیزیکی

حالت جامد

چگالی (نزدیک به دمای اتاق) 0.968 g·cm−3

چگالی مایع در نقطه ذوب 0.927 g·cm−3

نقطه ذوب 370.87 K, 97.72 °C, 207.9 °F

نقطه جوش 1156 K, 883 °C, 1621 °F

نقطه بحرانی (extrapolated)

2573 K, 35 MPa

گرمای هم‌جوشی 2.60 kJ·mol−1

گرمای تبخیر 97.42 kJ·mol−1

ظرفیت گرمایی 28.230 J·mol−1·K−1

فشار بخار

فشار (پاسکال) 1 10 100 1k 10k 100k

دما (کلوین) 554 617 697 802 946 1153

ویژگی‌های اتمی

وضعیت اکسید شدن +1, 0, -1

(strongly basic oxide)

الکترونگاتیوی 0.93 (مقیاس پاولینگ)

انرژی‌های یونش

(more) نخستین: 495.8 kJ·mol−1

دومین: 4562 kJ·mol−1

سومین: 6910.3 kJ·mol−1

شعاع اتمی 186 pm

شعاع کووالانسی 166±9 pm

شعاع واندروالانسی 227 pm

متفرقه

ساختار کریستالی body-centered cubic

مغناطیس paramagnetic

مقاومت الکتریکی (20 °C) 47.7 nΩ·m

رسانایی گرمایی (300 K) 142 W·m−1·K−1

انبساط گرمایی (25 °C) 71 µm·m−1·K−1

سرعت صوت (سیم نازک) (20 °C) 3200 m/s

مدول یانگ 10 GPa

مدول برشی 3.3 GPa

مدول حجمی 6.3 GPa

سختی موس 0.5

سختی برینل 0.69 MPa

عدد کاس 7440-23-5

پایدارترین ایزوتوپ‌ها

مقاله اصلی ایزوتوپ‌های سدیم

ایزوتوپ NA نیم‌عمر DM DE (MeV) DP

الگو:Elementbox isotopes decay3 (2 2 1)

23Na 100% 23Na ایزوتوپ پایدار است که 12 نوترون دارد

ن ب و

آرایش اتمی سدیم

سُدیم یک عنصر شیمیایی جدول تناوبی است که نماد آن Na و عدد اتمی آن 11 است. سدیم یک فلز واکنش‌دهنده نرم و مومی‌شکل است که به گروه فلزات قلیایی که از نظر ترکیبات طبیعی فراوان هستند (بویژه آب نمک و هالیدها) تعلق دارد. این عنصر بسیار واکنش‌دهنده‌است و با شعله زرد رنگی می‌سوزد در آزمایش‌های مربوط به هوا اکسید می‌شود و به شدت با آب واکنش می‌دهد از این رو باید همیشه در زیر نفت یا روغن نگهداری شود.

ویژگیهای مهم ویرایش

سدیم در دمای معمولی اتاق انقدر نرم است که با چاقو بریده می‌شود.رنگ سدیم سفید مایل به نقره‌ای است و درهوای آزاد واکنش داده و تیره رنگ می‌شود. سدیم عنصری بسیار واکنش دهنده‌است و از این جهت هرگز به صورت آزاد در طبیعت یافت نمی‌شود. سدیم در آب غوطه ور شده و آن را تجزیه کرده هیدروژن آزاد می‌کند و هیدرواکسید می‌سازد. سدیم در آب فوراً آتش می‌گیرد ولی در آزمایش‌های مربوط به هوای معمولی در دمای زیر 388 کلوین آتش نمی‌گیرد.رنگ سدیم در فشار بالا تغییر می‌کند، در فشار 1/5 بار سیاه رنگ، در فشار 1/9 بار به یک ماده قرمز شفاف تبدیل می‌شود و پیش بینی می‌شود برای تبدیل شدن به ماده ای کاملاً شفاف به فشار 3 بار ی نیاز است.دگرشکلی سدیم در فشار بسیار بالا اتفاق می افتد.

کاربردها ویرایش

سدیم در حالت فلزی عنصر لازم برای ساختن استرها و ترکیبات آلی است. این عنصر قلیایی بوجودآورنده? عنصر حیاتی نمک طعام (سدیم کلرید یا NaCl) نیز هست. کاربردهای دیگر عبارت‌اند از:

استفاده در برخی از آلیاژها برای بهبودی ساختارشان استفاده در ساخت صابون و ترکیبش با اسیدهای چرب NaK آلیاژ سدیم و پتاسیم یک ماده مهم منتقل کننده حرارت است.

تاریخچه ویرایش

مدت زمان زیادی است که سدیم (soda) بصورت ترکیبی شناخته شده‌است. این عنصر در سال 1807توسط Sir Humphry Davy از طریق عمل الکترولیز هیدروکسید سدیم جدا شد. در اروپای قرون وسطی ترکیبی از سدیم با نام لاتین Sodanum برای تسکین سردرد استفاده می‌شد. نماد جدید سدیم Na از لاتین جدید Natrium که در زبان یونانی که نوعی نمک طبیعی است می‌آید گرفته شده‌است.

پیدایش ویرایش

سدیم در ستارگان فراوان است و این فراوانی در خطوط طیفی D در نور ستارگان مشهود تر است. سدیم حدوداً 2?6? از پوسته زمین را به خود اختصاص داده‌است که چهارمین عنصر از نظر فراوانی در پوسته زمین و فروانترین فلز قلیایی است. این عنصر هم اکنون به صورت اقتصادی از عمل برقکافت (الکترولیز) کلرید سدیم تولید می‌شود. این روش ارزان تر از روش برقکافت هیدرواکسید سدیم است. قیمت هر پوند سدیم فلزی حدوداً 15 تا 20 سنت (در سال 1997) است. ولی هر پوند سدیم ACS آزمایشگاهی حدوداً 35 دلار قیمت دارد که از نظر حجمی ارزان‌ترین فلز است.

ترکیبات ویرایش

نمک طعام یا کلرید سدیم معمول‌ترین ترکیب سدیم است. اما سدیم در کانی‌های بسیار دیگری از قبیل آمفیبول کریولیت, هالیت, soda niter, زئولیت و ... بوجود می‌آید. ترکیبات سدیم برای صنایع شمیایی شیشه سازی فلزی ساخت کاغذ صنعت نفت ساخت صابون و نساجی کاربرد دارد. صابون معمولاً یک نمک سدیم از اسیدهای چرب است.

سدیم کلراید (نمک طعام) محلول در آب است. هر 359 گرم از آن در یک لیتر آب حل می‌شود. اگر محلول آب نمک را برقکافت (الکترولیز) کنیم از قطب مثبت Cl و از قطب منفی NaOH خارج می‌شود.

ترکیبات سدیم که برای صنایع گوناگون بسیار مهم هستند عبارت‌اند از: (NaCl)، خاکستر سود (Na2CO3)، سدیم خوراکی (NaH))CO3), سود سوزآور (NaOH), Chile saltpeter (Na((NO3), di- and tri-سدیم فسفات، sodium thiosulfate (hypo, Na2S))2O3 * 5H2O)، و بوره (Na2((B4O7 * 10H2O).

ایزوتوپها ویرایش

برای این عنصر حدود 20 ایزوتوپ شناسایی شده‌است که تنها ایزوتوپ پایدار آن Na-23 است. سدیم همچنین دو ایزوتوپ پرتوزا (رادیواکتیو) نیز دارد که عبارت‌اند از: Na22 با نیمه عمر 2?605 سال و Na24 با نیمه عمر 15 ساعت.

هشدارها ویرایش

سدیم در حالت پودر در آب خاصیت انفجاری خواهد داشت و با عناصر دیگر به راحتی تجزیه و ترکیب می‌شود. همیشه باید با ان عنصر با مراقبت کامل کار کرد و باید در نفت یا روغنهای مخصوص نگهداری نمود.

آب شیرین

زمین از دیدگاه آپولو 17ـ لایه? یخ قطبی جنوبگان در پایین نگاره 61 درصد از آب شیرین، و یا 1?7 درصد از کل آب، بر روی زمین را در بر می‌گیرد.

آب شیرین آبی‌است که درصد املاح نمکی غیر حل شدنی آن بسیار کم و زلال باشد. آب شیرین از مهم‌ترین منابع تجدید شدنی می‌باشد که این منبع، برای زنده ماندن بسیاری از موجودات زنده و همچنین برای انسان، از لحاظ تأمین نیاز به آب و همچنین کشاورزی، بسیار پر اهمیت و حیاتی است. باید توجه داشت که در این گفتار آب شیرین و آب آشامیدنی دارای مفهوم‌های جداگانه‌ای از یک‌دیگر به کار رفته‌اند؛ هرچند که آب آشامیدنی آبی شیرین است.

آب شیرین به طور طبیعی در سطح زمین و عمدتاً در یخچال‌های کوهستانی و قطبی شمالگان و جنوبگان به صورت لایه‌های یخ ذخیره شده‌اند. دریاچه‌های آب شیرین، رودخانه‌ها و نهرها، و جریان آب‌های زیرزمینی از دیگر منابع آب شیرین شمرده می‌شوند. منابع آب شیرین تنها 3? از کل منابع آب بر روی کره? زمین را تشکیل می‌دهد که تقریباً 1?8? آن است. با این وجود، در سراسر جهان، بسیاری آب شیرین را به راحتی هدر می‌دهند. بر اساس اعلام سازمان ملل متحد، حدود 1?2 میلیارد نفر از مردم جهان (18 درصد جمعیت جهانی)، از کمبود یا فقدان دسترسی به آب شیرین، رنج می‌برند. امروز، بسیاری از مناطق جهان با توجه به سرعت رشد جمعیت و افزایش روزافزون در مقدار آبی که یک نفر استفاده می‌کند، با دشواری‌هایی روبرو هستند. شوربختانه انتظار می‌رود که رشد این دشواری ادامه خواهد داشت. پی آمدهای کمبود آب تأثیر در بهداشت عمومی و چرخه‌های تولید کشاورزی در آینده خواهد بود.

تعریف عددی ویرایش

آب شیرین، به آبی گفته می‌شود که کمتر از 0?05 در هر 100 واحد، املاح نمکی غیر حل شدنی داشته باشد. منابع محدود آب شیرین، رودخانه‌ها، آبگیرها و بعضی از منابع آب زیر زمینی می‌باشند. منبع نامحدود و پایدار آب شیرین، بخار آبهای موجود در جو است که به صورت باران و برف و تگرگ، که همه تجدید پذیرند ظاهر می‌شود.

بخار

میعان بخار آب به قطره‌های مرئی پس از تبخیر از سطح یک فنجان چای داغ

حالت گازی ماده در دماهایی پایین تر از دمای بحرانی را بخار آن ماده می‌گویند. بخار یک ماده را می‌توان با افزایش فشار و متراکم‌سازی، مایع و یا جامد کرد.

برای نمونه، دمای بحرانی آب 374 درجه سلسیوس است. در دمای معمول، در جو اگر فشار جزئی بخار آب به اندازه کافی زیاد شود، بخار آب می‌تواند طی فرایند میعان به آب تبدیل شود.

گاهی ممکن است که بخار یک ماده، همراه با حالت مایع یا جامد آن باشد. در این حالت، دو فاز در حالت تعادل هستند و فشار جزئی حالت گازی ماده با فشار بخار متعادل مایع یا جامد آن برابر است.[1]

ویژگی‌ها ویرایش

بخار به شکلی از حالت گازی یک ماده در دمایی گفته می‌شود که در همان دما، حالت مایع یا جامد آن ماده نیز وجود داشته‌باشد. بالاترین دمایی که چنین حالتی، امکان‌پذیر است را دمای بحرانی می‌نامند. اگر بخار با مایع یا جامد در ارتباط باشد، دو فاز در تعادل خواهند بود.

مولکول‌های بخار سه حرکت ارتعاشی، چرخشی و انتقالی را انجام می‌دهند.

فشار بخار ویرایش

نوشتار اصلی: فشار بخار

فشار بخار، فشار تعادل یک مایع یا جامد در دمای مشخص است. فشار بخار تعادل، تحت تأثیر مقدار سطح تماس مایع یا جامد با بخار قرار ندارد. دمای تبخیر نرمال یک مایع، دمایی است که در آن، فشار بخار با فشار نرمال جو، برابر است.[1]

برای سامانه‌های دوفازه (مانند دوفاز مایع)، فشار بخار دو فاز با هم برابر است. در نبود جاذبه‌های مولکولی قوی، فشار بخار از قانون رائولت پیروی می‌کند. بر اساس این قانون، فشار بخار جزئی هر جزء برابر با حاصل‌ضرب فشار بخار جزء در حالت خالص در نسبت مولی آن در مخلوط است. فشار بخار مجموع، حاصل‌جمع فشارهای بخار جزئی است.[2]

مثال ویرایش

عطرها شامل مواد شیمیایی هستند که در دماهای مختلف و با نرخ‌های مختلف، تبخیر می‌شوند.

چراغ‌های بخار جیوه و بخار سدیم، از اتم‌های برانگیخته، نور تولید می‌کنند.

وجود بخار آب در نزدیکی زمین و میعان آن، باعث ایجاد پدیده‌هایی مانند مه می‌شود.

آب‌های زیرزمینی

(تغییرمسیر از آب زیرزمینی)

نوع رایج چشمه‌های آشامیدن آب در روستاهای اوکراین که شیپوت نامیده می‌شوند.

آب‌های زیرزمینی به آب‌هایی گفته می‌شود که در لایه‌های آب‌دار و اشباع زیر زمین تجمع پیدا کرده‌است. این آب‌ها فقط حدود 4 درصد از مجموعه آب‌هایی را که فعالانه در چرخه آب‌شناختی دخالت دارند، تشکیل می‌دهد. با این وجود حدود 50 درصد جمعیت دنیا از نظر آب شرب متکی به همین آب‌های زیرزمینی هستند.

لایه آب‌دار 

بخشی از آب‌های سطحی در اثر نیروی جاذبه وارد محیط مخلخل خاک شده و به سمت پایین حرکت می‌کند. لایه‌های مختلف زمین از مواد و ترکیبات مختلف خاک شکل گرفته و در زمان‌های مختلف بوجود آمده‌اند. مجموعه عواملی نظیر جنس و اندازه دانه‌ها، میزان تخلخل، میزان تراکم، میزان ترک‌خوردگی، .......... باعث می‌شود بخش‌های مختلف فضای زیرزمین ظرفیت‌های متفاوتی برای جذب، ذخیره و انتقال آب داشته باشد. لایه‌هایی از زمین که به صورت نسبی ظرفیت بالاتری برای جذب، ذخیره و انتقال آب دارند آبخوان نامیده می‌شوند. به دلیل نفوذپذیری بیشتر این لایه‌ها، بخش اعظم آب نفوذ کرده در عمق زمین به صورت طبیعی جذب آن‌ها می‌شود. بسته به شرایط احاطه کننده آن، یک لایه آب‌دار می‌تواند مانند یک مخزن زیرزمینی آب را ذخیره و یا مانند یک رودخانه زیرزمینی آب را به لایه‌های مجاور و عمیق‌تر منتقل نماید. ابعاد این مخازن یا رودخانه‌های زیرزمینی می‌تواند از چند ده متر تا چند صد کیلومتر متفاوت باشد. به دلیل وابستگی شدید انسان به منابع زیرزمینی آب، شناسایی، مطالعه و مدیریت لایه‌های آب‌دار دارای اهمیت بسیار است.

مخاطرات آب‌های زیرزمینی 

به دلیل عدم شناخت صحیح و یا عدم درک میزان آسیب پذیری سریع آبهای زیرزمینی، سهل‌انگاری‌های زیادی صورت گرفته است. اجازه داده‌ایم که بنزین و سایر مایعات مضر از مخازی زیرزمینی به درون سفره‌های آبهای زیرزمینی نفوذ کند. آلاینده‌ها، از محل‌های دفن زباله یا سیستم‌های فاضلاب که بطور غلطی ساخته شده‌اند، به داخل آن تراوش می‌کنند. آبهای زیرزمینی از طریق زهاب حاصله از مزارع کشاورزی کود داده شده و مناطق صنعتی، آلوده می‌شوند. صاحبان خانه‌ها با ریختن مواد شیمیایی به داخل فاضلاب یا روی زمین، آبهای زیرزمینی را آلوده می‌کنند. آبهای زیر زمینی در طی روند نفوذ خود به لایه‌های آبدار بسته به نوع خاک و آلاینده‌های موجود در خاک ممکن است حاوی مواد معدنی و آلی شوند. به عنوان مثال زمینهای آهکی چون دارای کربنات و بی کربنات هستند، آبهایی که از این نوع زمینها نفوذ می‌کنند حاوی کربنات و بی کربنات بوده و سختی آب را بالا می‌برند. یا اینکه در اثر نفوذ مواد آلاینده نظیر آلاینده‌های نفتی در سطح زمین یا چاههای جذبی فاضلاب ممکن است در اثر نفوذ، این مواد به سطح آب‌های زیر زمینی رسیده و منبع آب را آلوده نمایند.

برداشت بیش از حد یا سفره آب افت‌کننده 

منابع زیرزمینی آب به صورت مستقیم یا غیرمستقیم از آب‌های سطحی و بارندگی تغذیه می‌شوند؛ بنابراین استفاده پایدار از این منابع به معنای برداشت محدود از آن‌هاست. در سال‌های اخیر در بسیاری از کشورهای جهان برداشت آب از منابع زیرزمینی از میزان تغذیه سالیانه آن‌ها بیشتر است. این امر به معنای استخراج و استفاده از آبی است که در طول هزاران سال در لایه‌های آب‌دار زمین ذخیره شده‌است. با این کار سطح آب‌های زیرزمینی در منطقه روز به روز افت کرده و سرانجام به جایی خواهد رسید که آبی برای استخراج وجود نخواهد داشت. پایین افتادن سطح آب‌های زیرزمینی به معنای خشک شدن مناطق پایین دست (مناطق با ارتفاع کمتر که آب جاری در لایه‌های آب‌دار تحت اثر گرانش به سمت آن‌ها جریان می‌یابند) و از بین رفتن چاه‌ها، قنات‌ها و چشمه‌های آن است.

در سال 2005 (میلادی) چین، هند و ایران رتبه‌های اول تا سوم برداشت بیش از حد از منابع زیرزمینی آب را داشته‌اند. ایران به طور متوسط سالانه پنج میلیارد مترمکعب آب بیش از ظرفیت لایه‌های آب‌دار زمین از آن‌ها بهره‌برداری می‌کند. این مقدار آب معادل آب مورد نیاز جهت تولید یک سوم کل غله تولیدی این کشور است. سطح آب‌های زیرزمینی در منطقه چناران در شمال‌شرقی ایران، که منطقه کوچک اما بسیار پراهمیتی برای کشاوزی است، در سالهای پایانی دهه نود میلادی به صورت میانگین 2?8 متر در سال افت داشته‌است. چاه‌های حفر شده جهت تامین آب کشاوزی و همچنین تامین آب آشامیدنی شهر مشهد عامل این اتفاق بوده‌اند. (مرجع 2 و3)