«««تـازه های دنیـــای شیـــــمی »»»
سلام دیدم خوب نیست تنها تاپیک شیمی انجمن فهرست نداشته باشه:13:
اینم فهرست این تاپیک برای علاقه مندان شیمی:46:
اصلاح خاکهای شور و قلیا
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=323957&postcount=5
خاکهای شور و قلیا
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=323959&postcount=6
شیمی در کشاورزی
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=323963&postcount=7
شیمی کاغذ
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=324662&postcount=8
شیمی نساجی
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=325213&postcount=9
طبقه بندی رنگ براساس روشهای رنگرزی
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=325217&postcount=10
شیمی نفت
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=565905&postcount=22
شیمی نظری
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=622539&postcount=26
مطالب جالب شيمي
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=661698&postcount=27
سختتر از الماس
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=706854&postcount=30
شيمي سبز: پيشگيري از آلودگي در سطح مولكولي
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=727735&postcount=31
دارويي كه رنگ جهان را دگرگون كرد
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=727767&postcount=32
شيمی مولکولی
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=728903&postcount=33
چه چيزي خواص مواد را مشخص ميکند؟
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=728914&postcount=34
تاريخچه شیمی آلی
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=904105&postcount=39
شيميدان هاي نامي اسلام
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=1246581&postcount=50
آب اكسيژنه و كاربردش
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=1256255&postcount=51
اتم
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=1259741&postcount=52
آرایش الکترونی عناصر
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=1259745&postcount=53
انرژی یونش
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=1259752&postcount=54
انرژی همبستگی هسته
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=1259758&postcount=55
نوترون
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=1259762&postcount=56
پروتون
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=1259780&postcount=57
ایزوتوپ
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=1259783&postcount=58
تعادل یونی
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=1259794&postcount=59
اسپین الکترون
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=1259816&postcount=60
فرمول شیمیایی
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=1259827&postcount=61
آند و کاتد
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=1267197&postcount=63
آنیون و کاتیون
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=1267212&postcount=64
الکترونگاتیویته
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=1267221&postcount=65
پیوند پی (п-bond)
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=1267225&postcount=66
پیوند سیگما
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=1267231&postcount=67
جفت الکترون آزاد
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=1267250&postcount=68
رادیکال آزاد
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=1275739&postcount=69
نحوه عملکرد بیهوش کنندهها
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=1282622&postcount=70
مواد پليمری
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=1753225&postcount=83
تاریخچه پیل سوختی
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=2817305&postcount=98
کشف مجدد عنصر 118
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=2821661&postcount=100
پلیمر و پلاستیك
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=2821691&postcount=101
پدیده فسفرسانس و فلوئورسانس
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=2821705&postcount=102
موازنه به روش وارسی
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=2822536&postcount=104
نیروی واندروالسی
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=2822560&postcount=105
عدد اکسایش
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=2825939&postcount=108
عناصر رادیو اکتیو
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=2825967&postcount=109
گربه شرودينگر
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=2850243&postcount=110
کلوییدها - نانوذرات قدیمی
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=2863412&postcount=111
حالات ماده از جامد تا پلاسما
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=2863449&postcount=112
جريان پلاسماي خورشيد
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=2863456&postcount=113
مول (Mole)
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=2871373&postcount=114
رادیکال آزاد
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=2907897&postcount=117
طیف سنجی جرمی
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=2907912&postcount=118
پلی استیرن ( یونولیت )
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=2907929&postcount=119
شيمي سيمان
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=2907941&postcount=120
تفلون
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=2907957&postcount=121
شناسایی الکل ها
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=2908181&postcount=122
طرز تهیه بعضی از الکترودها
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=2908191&postcount=123
پلیمرهای مقاومت حرارتی
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=2908202&postcount=124
روش تهیه صابون
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=2908227&postcount=125
محلولها
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=2942718&postcount=127
مهمترین واکنشهای جابجایی دوگانه
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=2942720&postcount=128
پیل ها
کد:
http://www.forum.p30world.com/showpost.php?p=3979102&postcount=151
طبقه بندی رنگ براساس روشهای رنگرزی
نگاه اجمالی
رنگها را معمولا براساس خواص آنها و ساختمان ماده اصلی (ساختمان شیمیایی مواد) طبقه بندی میکنند. روش دیگر طبقه بندی رنگها براساس روش مصرف آنها در رنگرزی میباشد. روش و تکنیک رنگرزی به ساختمان ، طبیعت الیاف یا شئ مورد رنگرزی بستگی دارد. به عبارت دیگر رنگرزی پشم و ابریشم و دیگر الیاف به دست آمده از حیوانات با رنگرزی پنبه و الیاف به دست آمده از گیاهان تفاوت دارد.
نقش ساختمان شیمیایی الیاف در تعیین رنگ مورد نیاز
در رنگرزی همیشه ساختمان شیمیایی الیاف تعیین کننده نوع رنگ مورد نیاز و تکنیک رنگرزی میباشد. به عنوان مثال الیاف حیوان مانند پشم و ابریشم از پروتئین تشکیل شدهاند و دارای گروههای اسیدی و بازی میباشند. این گروهها نقاطی هستند که در آنها مولکول رنگ خود را به الیاف متصل میکند. پس برای رنگرزی این گونه الیاف باید از رنگهایی که دارای بنیان اسیدی و بازی هستند استفاده کرد.
پنبه یک کربوهیدرات میباشد و تنها محتوی پیوندهای خنثای اتری و گروههای هیدروکسیل است. در این نقاط پیوندهای هیدروژنی بین الیاف و رنگ ایجاد میشود. پس باید از رنگهای متناسب با خصوصیات الیاف پنبهای استفاده کرد. متصل کردن رنگ به الیاف مصنوعی و سنتزی مانند پلی اولفینها و هیدروکربنها که کاملا عاری از گروههای قطبی هستند، تکنیک و روش دیگری را میطلبد. بر اساس روش رنگرزی به صورت زیر دستهبندی میشود.
رنگهای مستقیم یا رنگهای جوهری
این دسته از رنگها دارای گروهها و عوامل قطبی مانند عوامل اسیدی و بازی هستند و با استفاده از این گروهها ، رنگ با الیاف ترکیب میشود. برای رنگرزی پارچه با اینگونه رنگها فقط کافی است که پارچه را در محلول آبی و داغ رنگ فرو ببریم. اسید پیکریک و ماریتوس زرد از جمله این رنگها هستند. هر دو رنگ ، اسیدی بوده و با گروههای آمینه الیاف پروتئینی ترکیب میشوند. نایلون نیز که یک پلیآمید است، با این رنگها قابل رنگرزی است.
رنگ دانهای
این دسته از رنگها شامل ترکیباتی هستند که میتوانند با برخی از اکسیدهای فلزی ترکیب شده و نمکهای نامحلول و رنگی که لاک نامیده میشوند، تشکیل دهند. روش رنگرزی با این رنگها از کهنترین روشهای تثبیت رنگ روی الیاف بوده است. این رنگها بیشتر برای رنگرزی ابریشم و پنبه بکار میرود. در رنگرزی با رنگهای دانهای پارچه یا الیاف ، رنگی به نظر میرسند. چون الیاف توسط لایهای از رسوب رنگین پوشانده میشود. برای ایجاد دندانه روی رنگها معمولا از اکسیدهای آلومینیوم ، کروم و آهن استفاده میشود. آلیزارین نمونهای از این رنگها میباشد.
رنگ خمیری
رنگ خمیری مادهای است که در شکل کاهش یافته ، محلول در آب بوده و ممکن است بیرنگ هم باشد. در این حالت الیاف به این رنگ آغشته شده و پس از جذب رنگ توسط الیاف ، آنها را از خمره خارج کرده و در معرض هوا با یک ماده شیمیایی اکسید کننده قرار میدهند. در این مرحله رنگ اکسید شده و به صورت رنگین و نامحلول در میآید. رنگهای باستانی ایندیگو و تیریان از این جملهاند.
رنگ واکنشی
این رنگها که تحت عنوان رنگهای ظاهر شونده هم شناخته میشوند، در درون خود پارچه ، تشکیل شده و ظاهر میگردند. مثال مهمی از این گروه رنگها ، رنگهای آزو میباشند. رنگرزی با این رنگها به این صورت است که پارچه را در محلول قلیایی ترکیبی که باید رنگ در آن مشتق شود (فنل یا نفتول) فرو میبریم. سپس پارچه را در محلول سرد آمین دی ازت دار شده در داخل خود الیاف انجام شده و رنگ تشکیل میگردد. به رنگی که به این صورت حاصل میشود رنگ یخی نیز میگویند، زیرا برای پایداری و جلوگیری از تجزیه نمک دی آزونیوم دمای پائین ضرورت دارد.
رنگ پخش شونده
این دسته از رنگها در خود الیاف محلول هستند، اما در آب نامحلول میباشند. رنگهای پخش شونده در رنگرزی بسیاری از الیاف سنتزی بکار میروند. به این الیاف گاهی اوقات الیاف آبگریز نیز گفته میشود. معمولا ساختمان شیمیایی آنها فاقد گروههای قطبی است. روش رنگرزی به اینگونه است که رنگ به صورت پودر نرم در بعضی از ترکیبات آلی مناسب (معمولا ترکیبات فنل) حل میشود و در دما و فشار بالا در حمامهای ویژه به الیاف منتقل میشود.
يه سوال درسي از شيمي ( مبحث ايزوتوپ ها )
با سلام خدمت دوستان هيج جا بهتر از اينجا واسه زدن اين پست نديدم
من يه سوال در مورده شيمي داشتم يه مساله ( مربوط به فراواني ايزوتوپ ها در طبيعت ) كسي هست كمك كنه؟
آنچه در علم شيمي مي خوانيم
شیمی نظری
دید کلی
شیمی را میتوان به صورت علمی که با توصیف ویژگیها ، ترکیب و تبدیلات ماده سروکار دارد، تعریف کرد. اما این تعریف ، نارساست. این تعریف ، بیانگر روح شیمی نیست. شیمی همچون دیگر علوم ، سازمانی زنده و در حال رشد است، نه انبارهای از اطلاعات. علم ، خاصیت تکوین خودبخود دارد. ماهیت هر مفهوم تازه آن ، خود محرک مشاهده و آزمایشی جدید است که به بهبود بیش از پیش آن مفهوم و سرانجام به توسعه دیگر مفاهیم میانجامد.
از آنجا که زمینههای علمی همپوشانی دارند، مرز متمایزی میان آنها نمیتوان یافت و در نتیجه مفاهیم و روشهای علمی کاربرد همگانی پیدا میکنند. در پرتو این گونه رشد علمی ، دیگر تعجبی ندارد که یک پژوهش علمی معین ، بارها از مرزهای مصنوعی و پرداخته ذهن بشر بگذرد.
قلمرو شیمی مفهومی متعارف
علم شیمی با ترکیب و ساختار مواد و نیروهایی که این ساختارها را بر پا نگه داشته است، سروکار دارد. خواص فیزیکی مواد از این رو مورد مطالعه قرار میگیرند که سرنخی از مشخصات ساختاری آنها را بدست میدهند و به عنوان مبنایی برای تعیین هویت و طبقهبندی بکار میروند و کاربردهای ممکن هر ماده بخصوص را مشخص میکنند. اما واکنشهای شیمیایی ، کانون علم شیمی هستند. توجه علم شیمی به هر گوشه قابل تصوری از این تغییر و تبدیلها کشیده میشود و شامل ملاحظاتی است از این قبیل:
شرح تفصیلی درباره چگونگی واکنشهای و سرعت پیشرفت آنها
شرایط لازم برای فراهم کردن تغییرات مطلوب و جلوگیری از تغییرات نامطلوب
تغییرات انرژی که با واکنشهای شیمیایی همراه است.
سنتز موادی که در طبیعت صورت میگیرد.
سنتز موادی که مشابه طبیعی ندارند.
روابط کمّی جرمی بین مواد در تغییرات شیمیایی.
پیدایش شیمی جدید
شیمی جدید که در اواخر سده هیجدهم ظاهر شده است، طی صدها سال ، توسعه یافته است. داستان توسعه شیمی را تقریبا به پنج دوره میتوان تقسیم کرد:
فنون عملی
این فنون تا 600 سال قبل از میلاد مسیح رایج بوده است. تولید فلز از کانهها ، سفالگری ، تخمیر ، پخت و پز ، تهیه رنگ و دارو فنونی باستانی است. شواهد باستان شناسی ثابت میکند که ساکنان مصر باستان و بینالنهرین در این حرفهها مهارت داشتهاند. ولی چگونه و چه وقت این حرفهها برای نخستین بار پیدا شدهاند، معلوم نیست.
در این دوره ، فنون مذکور که در واقع فرایندهای شیمیایی هستند، توسعه بسیار یافتهاند. اما این توسعه و پیشرفت ، تجربی بوده است، بدین معنی که مبنای آن تنها تجربه عملی بوده، بدون آنکه تکیه گاهی بر اصول شیمیایی داشته باشد. فلزکاران مصری میدانستند که چگونه از گرم کردن کانه مالاشیت با زغال ، مس بدست آورند، ولی نمیدانستند و در صدد دانستن آن هم نبودند که چرا این فرایند موثر واقع میشود و آنچه در آتش صورت میگیرد، واقعا چیست؟
نظریههای یونانی
این نظریهها از 600 تا 300 سال قبل از میلاد عنوان شدند. جنبه فلسفی یا جنبه نظری شیمی حدود 600 سال قبل از میلاد در یونان باستان آغاز شد. اساس علم یونانی ، جستجوی اصولی بود که از طریق آن ادراکی از طبیعت حاصل شود. دو نظریه یونانی در سدههای واپسین اهمیت فراوان یافت:
این مفهوم که تمام مواد موجود در زمین ، ترکیبی از چهار عنصر (خاک ، باد ، آتش و آب) است، به نسبتهای گوناگون ، از اندیشههای فیلسوفان یونانی این دوره نشات یافته است.
این نظریه که ماده از آحاد مجزا و جدا از همی به نام اتم ترکیب یافته است، بوسیله لوسیپوس پیشنهاد شد و دموکرتیس آن را در سده پنجم ق.م. توسعه داد.
نظریه افلاطون این بود که اتمهای یک عنصر از لحاظ شکل با اتمهای عنصر دیگر تفاوت دارد. علاوه بر این ، او باور داشت که اتمهای یک عنصر میتوانند با تغییر شکل به اتمهایی از نوع دیگر تغییر یابند یا استحاله پیدا کنند. مفهوم استحاله در نظریههای ارسطو نیز منعکس است.
ارسطو (که به وجود اتمها معتقد نبود) میگفت که عناصر و بنابراین تمام مواد از ماده اولیه یکسانی ترکیب یافتهاند و تفاوت آنها فقط از لحاظ صورتهایی است که این ماده اولیه به خود میگیرد. به نظر ارسطو ، صورت ماده نه تنها شکل ، بلکه کیفیتها (از لحاظ رنگ ، سختی و غیره) را نیز دربر میگیرد و همین صورت است که مادهای را از ماده دیگر متمایز میکند. او میگفت که تغییر صورت پیوسته در طبیعت صورت میگیرد و تمام اشیای مادی (جاندار و بی جان) از صورتهای نابالغ به صورتهای بالغ رشد و تکامل مییابند.
در سراسر قرون وسطی باور این بود که کانیها رشد میکنند و هرگاه کانیها از معادن استخراج شوند، معادن بار دیگر از کانیها پر میشوند.
کیمیاگری
کیمیاگری از 300 سال قبل از میلاد تا حدود 1650 میلادی رایج بود. سنت فلسفی یونان باستان و تجارت صنعتگران مصر باستان در شهری که بوسیله اسکندر کبیر در 331 ق.م. بنا شد یعنی اسکندریه مصر ، با هم جمع شدند و حاصل آمیزش آنها ، کیمیاگری بود. کیمیاگران اولیه برای ابداع نظریههایی درباره ماهیت ماده از روشهای مصری برای بکارگیری مواد استفاده میکردند.
کیمیاگران باور داشتند که یک فلز میتواند با تغییر کیفیات (بویژه رنگ آن) تغییر پذیرد و چنین تغییراتی در طبیعت صورت میگیرد. فلزات میکوشند تا همچون طلا کامل شوند. همچنین آنها باور داشتند که این گونه تغییرات ممکن است بوسیله مقدار بسیار اندکی از یک عامل استحاله کننده قوی (که بعدا سنگ فیلسوفان نامیده شد) ایجاد شود.
در سده هفتم میلادی ، مسلمانان مراکز تمدن هلنی (از جمله مصر در 640 میلادی) را تسخیر کردند و کیمیاگری بدست آنها افتاد. در سدههای دوازدهم و سیزدهم ، کیمیاگری به تدریج به اروپا راه یافت و آثار عربی به لاتین برگردانده شد. کیمیاگری تا سده هفدهم دوام یافت. در این زمان نظریهها و نگرشهای کیمیاگران بتدریج زیر سوال قرار میگرفت.
کار رابرت بویل که اثر معروف خود به نام شیمیدان شکاک را در 1661 منتشر کرد، در این باره ارزشمند است. گرچه بویل باور داشت که استحاله فلزات پست به طلا امکانپذیر است، ولی او اندیشه کیمیاگری را مورد انتقاد شدید قرار داد. بویل باور داشت که نظریه شیمیایی باید حاصل شواهد تجربی باشد.
فلوژیستون
این نظریه از 1650 تا 1790 میلادی رواج داشت. تقریبا در سراسر سده هجدهم ، نظریه فلوژیستون نظریهای مسلط در شیمی بود. این نظریه که بعدها معلوم شد نظریهای نادرست است، در اصل کار "گئورک ارنست اشتال" بود. فلوژیستون «اصل آتش» ، جز تشکیل دهنده مادهای دانسته میشد که متحمل سوختن میشود. چنین پنداشته میشد که یک جسم بر اثر سوختن ، فلوژیستون خود را از دست میدهد و به صورت سادهتری کاهیده میشود. باور این بود که نقش هوا در عمل سوختن ، انتقال فلوژیستون آزاد شده است.
بنا به نظریه فلوژیستون چوب در اثر سوختن به خاکستر و فلوژیستون (که بوسیله هوا جدا میشود)تبدیل میگردد. طبق نظریه فلوژیستون ، چوب ، ماده مرکبی است که از خاکستر و فلوژیستون ترکیب یافته است. همچنین در مورد عمل تکلیس ، این نظریه عنوان میدارد که فلز ، ماده مرکبی است که از یک کالکس و فلوژستیون ترکیب یافته است.
در نظریه فلوژیستون ، ذاتا" مشکلی است که هرگز توضیح کافی درباره آن داده نشد. وقتی چوب میسوزد، فرض بر این است که فلوژیستون از دست میدهد و نتیجه آن خاکستری است که وزن آن کمتر از قطعه چوب اصلی است. اما در عمل تکلیس ، از دست رفتن فلوژیستون با افزایش وزن همراه است، چون کالکس یا اکسید فلزی ، وزنش بیشتر از فلز اصلی است. طرفداران نظریه فلوژیستون این مشکل را تشخیص داده بودند، لیکن تقریبا در سراسر سده هیجدهم ، اهمیت توزین و اندازه گیری دانسته نشد.
شیمی جدید
کار آنتوان لاوازیه در اواخر سده هیجدهم را معمولا آغاز شیمی جدید میدانند. "لاوازیه" ، با تعمق کافی ، دستاندرکار براندازی نظریه فلوژیستون شد و انقلابی در شیمی پدید آورد. او که ترازوی شیمیایی بسیار استفاده میکرد، با تکیه بر نتایج آزمایشهای کمی ، به توضیح تعدادی از پدیدههای شیمیایی دست یافت.
قانون پایستاری جرم میگوید که در جریان یک واکنش شیمیایی تغییر محسوسی در جرم صورت نمیگیرد. به گفته دیگر ، جرم کل تمام موادی که در واکنش شیمیایی وارد میشوند، برابر جرم تمام محصولات واکنش است. این قانون ، توسط لاوازیه به وضوح بیان شد. برای لاوازیه نظریه فلوژیستون امری ناممکن بود.
اقداماتی که دانشمندان از سالهای 1970 به بعد به عمل آوردهاند، با استفاده از کتاب لاوازیه با عنوان « رسالهای مقدماتی درباره شیمی» که در سال 1789 منتشر شد، بیان شده است. آنچه در دو سده پس از لاوازیه درباره شیمی دانسته شده، بسیار بیشتر از بیست سده پیش از اوست. علم شیمی از آن زمان به بعد ، تدریجا در پنج شاخه اصلی بسط یافت. (البته این تقسیمات اختیاری است و به طبقه بندی آنها انتقادهایی وارد است.)
طبقهبندی شیمی
شیمی آلی : شیمی ترکیبات کربن است.
شیمی معدنی : شیمی تمامی عناصر به جز کربن. البته بعضی از ترکیبات ساده کربن مانند کربناتها و بطور سنتی در زمره ترکیبات معدنی طبقه بندی میشوند، زیرا از منابع معدنی بدست میآیند.
شیمی تجزیه : تشخیص اجزای تشکیل دهنده مواد ، هم از لحاظ کیفی و هم از لحاظ کمی.
شیمی فیزیک : مطالعه اصول فیزیکی که زمینه درک ساختار ماده و تبدیلات شیمیایی است.
زیست شیمی : شیمی سیستمهای زنده اعم از گیاهی و حیوانی.
شيمي سبز: پيشگيري از آلودگي در سطح مولكولي
شيمي نقشي بنيادي در پيشرفت تمدن آدمي داشته و جايگاه آن در اقتصاد، سياست و زندگيروزمره روز به روز پر رنگتر شده است. با اين همه، شيمي طي روند پيشرفت خود، كه همواره با سود رساندن به آدمي همراه بوده، آسيبهاي چشمگيري نيز به سلامت آدمي و محيط زيست وارد كرده است. شيميدانها طي سالها كوشش و پژوهش، مواد خامي را از طبيعت برداشت كردهاند، كه با سلامت آدمي و شرايط محيط زيست سازگاري بسيار دارند، و آنها را به موادي دگرگونه كردهاند كه سلامت آدمي و محيط زيست را به چالش كشيدهاند. همچنين، اين مواد بهسادگي به چرخهي طبيعي مواد باز نميگردند و سالهاي زيادي به صورت زبالههاي بسيار آسيبرسان و هميشگي در طبيعت ميماند.
بارها از آسيبهاي مواد شيميايي به بدن آدمي و محيط زيست شنيده و خواندهايم. اما، چارهي كار چيست؟ آيا دوري و پرهيز از بهرهگيري از مواد شيميايي ميتواند به ما كمك كند؟ تا چه اندازهاي ميتوانيم از آنها دوري كنيم؟ كدامها را ميتوانيم به كار نبريم؟ كداميك از فرآوردههاي شيميايي را ميتوان يافت كه با آسيب به سلامت آدمي يا محيط زيست همراه نباشد؟ داروهايي كه سلامتي ما به آنها بستگي زيادي دارد، خود با آسيبهايي به بدن ما همراهاند. آيا ميتوانيم آنها را به كار نبريم؟ آيا ميتوان آب تصفيه شده با مواد شيميايي را ننوشيم؟ پيرامون ما را انبوهي از مواد شيميايي گوناگون فراگرفتهاند كه در زهرآگين بودن و آسيبرسان بودن بيشتر آنها شكي نداريم و از بسياري از آنها نيز نميتوانيم دوري كنيم.
بيگمان هر اندازه كه بتوانيم از به كارگيري مواد شيميايي در زندگي خود پرهيز كنيم يا از رها شدن اين گونه مواد در طبيعت جلوگيري كنيم، به سلامت خود و محيط زيست كمك كردهايم. اما به نظر ميرسد در كنار اين راهكارهاي پيشگيرانه، كه تا كنون كارآمدي چشمگيري از خود نشان ندادهاند، بايد به راههاي كارآمدتري نيز بيانديشيم كه دگرگوني در شيوهي ساختن مواد شيمايي در راستاي كاهش آسيبهاي آنها به آدمي و محيط زيست، يكي از اين راههاست. امروزه، از اين رويكرد نوين با عنوان شيمي سبز ياد ميشود كه عبارت است از: طراحي فرآوردهها و فرآيندهاي شيميايي كه بهكارگيري و توليد مواد آسيبرسان به سلامت آدمي و محيط زيست را كاهش ميدهند يا از بين ميبرند.
بنيادهاي شيمي سبز
شيمي سبز، كه بيشتر به عنوان شيوهاي براي پيشگيري از آلودگي در سطح مولكولي شناخته ميشود، بر دوازده بنياد استوار است كه طراحي يا بازطراحي مولكولها، مواد و دگرگونيهاي شيميايي در راستاي سالمتر كردن آنها براي آدمي و محيط زيست، بر پايهي آنها انجام ميشود.
1. پيشگيري از توليد فراوردههاي بيهوده
توانايي شيميدانها براي بازطراحي دگرگونيهاي شيميايي براي كاستن از توليد فراوردههاي بيهوده و آسيبرسان، نخستين گام در پيشگيري از آلودگي است. با پيشگيري از توليد فراوردههاي بيهوده، آسيبهاي مرتبط با انباركردن، جابهجايي و رفتار با آنها را به كمترين اندازهي خود كاهش ميدهيم.
2. اقتصاد اتم، افزايش بهرهوري از اتم
اقتصاد اتم به اين مفهوم است كه بازده دگرگونيهاي شيميايي را افزايش دهيم. يعني طراحي دگرگونيهاي شيميايي به شيوهاي باشد كه گنجاندن بيشتر مواد آغازين را در فرآوردههاي نهايي درپي داشته باشد. گزينش اين گونه دگرگونيها، بازده را افزايش و فرآوردههاي بيهوده را كاهش ميدهد.
3. طراحي فرايندهاي شيميايي كمآسيبتر
شيميدانها در جايي كه امكان دارد بايد شيوهي را طراحي كنند تا موادي را به كار برد يا توليد كند كه زهرآگيني كمتري براي آدمي يا محيط زيست داشته باشند. اغلب براي يك دگرگوني شيميايي واكنشگرهاي گوناگوني وجود دارد كه از ميان آنها ميتوان مناسبترين را برگزيد.
4. طراحي مواد و فراوردههاي شيميايي سالمتر
فراوردههاي شيميايي بايد به گونهاي طراحي شوند كه با وجود كاهش زهرآگينيشان كار خود را بهخوبي انجام دهند. فراوردههاي جديد را ميتوان به گونهاي طراحي كرد كه سالمتر باشند و در همان حال، كار در نظر گرفته شده براي آنها را بهخوبي انجام دهند.
5. بهرهگيري از حلالها و شرايط واكنشي سالمتر
بهرهگيري از مواد كمكي(مانند حلالها و عاملهاي جداكننده) تا جايي كه امكان دارد به كمترين اندازه برسد و زماني كه به كار ميروند از گونههاي كمآسيبرسان باشند. دوري كردن از جداسازي در جايي كه امكان دارد و كاهش بهرهگيري از مواد كمكي، در كاهش فراوردههاي بيهوده كمك زيادي ميكند.
6. افزايش بازده انرژي.
نياز به انرژي در فرايندهاي شيميايي از نظر اثر آنها بر محيط زيست و اقتصاد بايد در نظر گرفته شود و به كمترين ميزان خود كاهش يابد. اگر امكان دارد، روشهاي ساخت و جداسازي بايد به گونهاي طراحي شود كه هزينههاي انرژي مرتبط با دما و فشار بسيار بالا يا بسيار پايين به كمترين اندازهي خود برسد.
7. بهرهگيري از مواداوليهي نوشدني
دگرگونيهاي شيميايي بايد به گونهاي طراحي شوند تا از مواد اوليهي نوشدني بهره گيرند. فرآوردههاي كشاورزي يا فرآوردههاي بيهودهي فرآيندهاي ديگر، نمونههايي از مواد نوشدني هستند. تا جايي كه امكان دارد، اين گونه مواد را بهجاي مواد اوليهاي كه از معدن يا سوختهاي فسيلي به دست ميآيند، به كار بريم.
8. پرهيز از مشتقهاي شيميايي.
مشتقگرفتن(مانند بهرهگيري از گروههاي مسدودكننده يا تغييرهاي شيميايي و فيزيكي گذرا) بايدكاهش يابد، زيرا چنين مرحلههايي به واكنشگرهاي اضافي نياز دارند كه ميتوانند فراوردههاي بيهوده توليد كنند. تواليهاي جايگزين ميتوانند نياز به گروههاي حفاظتكننده يا تغيير گروههاي عاملي را از بين ببرند يا كاهش دهند.
9. بهرهگيري از كاتاليزگرها
كاتاليزگرها گزينشي بودن يك واكنش را افزايش ميدهند؛ دماي مورد نياز را كاهش ميدهند؛ واكنشهاي جانبي را به كمترين اندازه ميرسانند؛ ميزان دگرگونشدن واكنشگرها به فرآوردههاي نهايي را افزايش ميدهند و ميزان فرآوردههاي بيهوده مرتبط با واكنشگرها را كاهش ميدهند.
10. طراحي براي خراب شدن
فروآردههاي شيميايي بايد به گونهاي طراحي شوند كه در پايان كاري كه براي آنها در نظر گرفته شده، به فرآوردههاي تجزيهشدني، بشكنند و زياد در محيط زيست نمانند. روش طراحي در سطح مولكول براي توليد فرآوردههايي كه پس از آزاد شدن در محيط به مواد آسيبنرسان تجزيه ميشوند، مورد توجه است.
11. تحليل در زمان واقعي براي پيشگيري از آلودگي
بسيار اهميت دارد كه پيشرفت يك واكنش را همواره پيگيري كنيد تا بدانيد چه هنگام واكنش كامل ميشود يا بروز هر فراوردهي جانبي ناخواسته را شناسايي كنيد. هر جا كه امكان داشته باشد، روشهاي آناليز در زمان واقعي به كار گرفته شوند تا به وجود آمدن مواد آسيبرسان پيگيري و پيشگيري شود.
12. كاهش احتمال رويدادهاي ناگوار
يك راه براي كاهش احتمال رويداهاي شيميايي ناخواسته، بهرهگيري از واكنشگرها و حلالهايي است كه احتمال انفجار، آتشسوزي و رهاشدن ناخواستهي مواد شيميايي را كاهش ميدهند. آسيبهاي مرتبط با اين رويدادها را ميتوان به تغييردادن حالت(جامد، مايع يا گاز) يا تركيب واكنشگرها كاهش داد.
كوششها و دستاوردهاي شيمي سبز
شيميدانهاي سبز در پي آن هستند كه روندهاي شيميايي سالمتري را جايگزين روندهاي كنوني كنند يا با جايگزين كردن مواد اوليهي سالمتر يا انجام دادن واكنشها در شرايط ايمنتر، فراوردههاي سالمتري را به جامعه هديه دهند. برخي از آن ها ميكوشند شيمي را به زيستشيمي نزديك كند، چرا كه واكنشهاي زيستشيميايي طي ميليونها سال رخ دادهاند و چه براي آدمي و چه براي محيط زيست، چالشها نگران كنندهي به وجود نياوردهاند. بسياري از اين واكنشها در شرايط طبيعي رخ ميدهند و به دما و فشار بالا نياز ندارند. فراوردههاي آنها نيز به آساني به چرخهي مواد بازميگردند و فراوردههاي جانبي آنها براي جانداران سودمند هستند. الگو برداري از اين واكنشها ميتواند چالشهاي بهداشتي و زيستمحيطي كنوني را كاهش دهد.
گروه ديگري از شيميدانهاي سبز ميكوشند بهرهوري اتمي را افزايش دهند. طي يك واكنش شيميايي شماري اتم آغازگر واكنش هستند و در پايان بيشتر واكنشها با فراوردههايي رو به رو هستيم كه شمار اتمهاي آنها از شمار همهي اتمهاي آغازين بسيار كمتر است. بيگمان آن اتمها نابود نشدهاند، بلكه در ساختمان فرآوردههاي بيهوده و اغلب آسيبرسان به طبيعت رها ميشوند و سلامت آدمي و ديگر جانداران را به چاش ميكشند. هر چه بتوانيم اتمهاي بيشتري در فرآوردههاي بگنجانيم، هم به سلامت خود و محيط زيست كمك كردهايم و هم از هدر رفتن اتمهايي كه به عنوان مواد اوليه براي آنها پول پرداخت كردهايم، پيشگيري ميكنيم.
بازطراحي واكنشهاي شيميايي نيز راهكار سودمند ديگري براي پيشگيري از پيامدهاي ناگوار مواد شيميايي است. در اين بازطراحيها از مواد آغازگر سالمتر بهره ميگيرند يا روندهايي را طراحي ميكنند كه با واكنشهاي مرحلهاي كمتر به فراورده برسند. همچنين، روندهايي را طراحي ميكنند كه به مواد كمكي كمتر، بهويژه حلالهاي شيميايي، نياز دارند. گاهي نيز واكنشهاي زيستشيمي و شيمي را به هم گره ميزنند و روند سالمتري و كارآمدتري را ميآفرينند. بازطراحي روند داروها ميتواند همراه با افزايش كارآمدي آنها به هر چه سالمتر شدن آنها بينجامد و اثرهاي جانبي آنها بر روندهاي زيست شناختي بدن، تا جايي كه امان دارد، كاهش دهد.
در ادامه به نمونههايي از كوششها و دستاوردهاي شيميدانهاي سبز اشاره مي شود.
1. سوختهاي جايگزين
به كارگيري سوختهاي فسيلي در خودروها با رهاشدن انبوهي از گازهاي گلخانهي به جو همراه شده كه دگرگونيهاي آب و هوايي را در پي داشته است. از سوختن نادرست آنها نيز، مواد زهرآگيني به هوا آزاد شده كه سلامتي آدمي را به چالش كشيده است. حتي اگر بتوانيم بر اين دو چالش بزرگ پيروز شويم، با كاهش روز افزون اندوختههاي فسيلي روبهرو هستيم كه از آن گريزي نيست. اين تنگناها همراه با افزايش روز افزون بهاي اين گونه سوختها، كه به نظر ميرسد همچنان ادامه يابد، پژوهشگران و مهندسان بسياري را به فكر طراحي خودروهايي با سوخت هيدروژن انداخته است. چرا كه خاستگاه اين سوخت، آب است كه فراوانترين ماده در طبيعت است و فرآوردهي سوختن اين سوخت در خودرو نيز خود آب است.
با اين همه، سوخت هيدروژن با چالش بزرگي روبهرو است. فراهم آوردن هيدروژن از آب با فرآيند الكتروليز انجام ميشود كه براي پيشبرد آن به الكتريسيته نياز هست و اكنون نيز بيشتر الكتريسيته از سوختن اندوختههاي فسيلي به دست ميآيد. شايد روزي با بهكاربردن برخي كاتاليزگرها بتوانيم از انرژي خورشيدي به جاي سوختهاي فسيلي در پيش بردن روند الكتروليز بهره گيريم، اما هنوز راهكار كارآمدي براي توليد ارزان هيدروژن پيشنهاد نشده است و به نظر نميرسد در آيندهاي نزديك به چنين تواني دست پيدا كنيم. با اين همه، برخي دانشمندان اميدوارند بتوانند خواستگاه زيستي براي هيدروژن به وجود آورند.
گروهي از پژوهشگران در سال 2000 ميلادي گزارش كردند كه توانستهاند از جلبكهاي سبز براي آزاد كردن هيدروژن از مولكولهاي آب، به همان اندازه كه از الكتروليز به دست ميآيد، بهره گيرند. اما نور خورشيد براي اين رويكرد گرفتاري درست ميكند، چرا كه جلبك طي فرآيند فتوسنتز اكسيژن نيز توليد ميكند. اين اكسيژن از كار آنزيم توليدكنندهي هيدروژن جلوگيري ميكند و در نتيجه هيدروژن اندكي به دست ميآيد دانشمندان ميكوشند با تغييرهايي كه در اين فرايند طبيعي ميدهند، بازدهي توليد هيدروژن را بالا ببرند. شايد يك روز آبگير كوچكي كه از جلبك پوشيده شده است، خواستگاه هيدروژن خودروهاي ما باشد.
در رويكرد ديگر كه مورد توجه است، از روغنهاي گياهي به عنوان خواستگاهي براي تهيهي سوخت جايگزين بهره ميگيرند. براي تهيهي اين نوع سوخت، كه با عنوان بيوديزل شناخته مي شود، پس ماندهي روغن آشپزي را نيز ميتوان به كار گرفت. هر چند از سوختن اين نوع سوخت نيز مانند ديگر سوختهاي فسيلي گاز گلخانهي آزاد ميشود، اما به اندازهاي توليد ميشود كه گياهان طي فرآيند فتوسنتز آن را براي توليد قند به كار ميگيرند. از سوي ديگر، روغنها گياهي نوشدني هستند و از سوختن آنها گوگرد و آلايندههاي آسيبرسان ديگري آزاد نميشود. از سودمنديهاي ديگر اين نوع سوخت اين است كه گليسرين، مادهاي كه در صابون، خميردندان، مواد آرايشي و جاهاي ديگر به كار ميرود، از فرآوردههاي جانبي روند توليد آن است. همچنين، چون طي روند توليد اين سوخت، به آن اكسيژن افزوده مي شود، بهتر از سوخت نفتي در موتور ميسوزد. به روغنكاري موتور نيز كمك ميكند و بر درازي عمر آن ميافزايد.
2. پلاستيكهاي سبز و تجزيهپذير
زندگي در جهاني بودن پلاستيك بسيار دشوار است. پلاستيكها د ر توليد هر گونه فرآورده ي صنعتي، از صنعت خودروسازي گرفته تا دنياي پزشكي، به كارگرفته شدهاند . تنها در ايالات متحده ي امريكا سالانه نزديك 50 ميليون تن پلاستيك توليد ميشود. اما اين مواد به عنوان زبالههاي پايدار به تجزيه ميكروبي، چالشهاي زيست محيطي پيچيدهاي به بار آوردهاند. پلاستيكها علاوه بر اين كه جاهاي به خاكسپاري زباله را پر كردهاند، سالانه در حجمي برابر با چند هزار تن به محيطهاي دريايي وارد ميشوند. برآورد شده است كه هر سال يك ميليون جانور دريايي به دليل خفگي حاصل از خوردن پلاستيكها به عنوان غذا يا به دام افتادن در زبالههاي پلاستيكي از بين ميروند.
در سال هاي اخير، كوششهاي قانوني براي جلوگيري از دورريزي پلاستيكهاي تجزيه ناشدني، افزايش يافته است. اين كوششها صنعتگران پلاستيك را واداشته است تا در پي پلاستيكهايي باشند كه پيامدهاي زيستمحيطي كمتري دارند. پلاستيكهاي نشاستهاي تجزيهپذير و پلاستيكهاي ميكروبي از دستاورد كوششهاي چند سالهي پژوهشگران اين زمينهي در حال پيشرفت و گسترش است.
در پلاستيك هاي نشاستهاي، قطعههاي كوتاهي از پلياتيلن با مولكولهاي نشاسته به هم ميپيوندند. هنگامي كه اين پلاستيكها در جاهاي به خاكسپاري زباله ها، دور ريخته ميشود، باكتريهاي خاك به مولكولهاي نشاسته يورش ميبرند و قطعههاي پلياتيلن را براي تجزيهي ميكروبي رها ميسازند. اين گونه پلاستيكها اكنون در بازار وجود دارند و به ويژه براي پلاستيكها جابهجايي و نگهداري مواد عذايي و ديگر وسايل يكبار مصرف بسيار سودمند هستند. با اين همه، كمبود اكسيژن در جاهاي به خاكسپاري زبالهها و اثر مهاري قطعههاي پلياتيلن بر عملكرد باكتريها، بهرهگيري استفاده از اين پلاستيكها را محدود ساخته است.
در سال 1925 ميلادي گروهي از دانشمندان كشف كردند كه گونههاي زيادي از باكتريها ، بسپار پليبي هيدروكسي بوتيرات(PHB) ميسازند و از آن به عنوان اندوختهي غذايي خود بهره ميگيرند. در دهه ي 1970، پژوهشهاي نشان داد كه PHB بسياري از ويژگيهاي پلاستيكهاي نفتي(مانند پلياتيلن) را دارد. از اين رو، كم كم گفت و شنود پيرامون بهرهگيري از اين بسپار به عنوان جايگزيني مناسب براي پلاستيكهاي تجزيهناپذير كنوني آغاز شد. سپس در سال 1992، گروهي از پژوهشگران ژنهاي درگير در ساختن اين بسپار را به گياه رشادي(Arabidopsis thaliana) وارد كردند و به اين ترتيب گياهي پديد آوردند كه پلاستيك توليد ميكند.
سال پس از آن، توليد اين پلاستيك سبز در گياه ذرت آغاز شد و براي اين كه توليد پلاستيك با توليد مواد غذايي رقابت نكند، پژوهشگران بخشهايي از گياه ذرت (برگها و ساقهها) را ، كه به طور معمول برداشت نميشوند، هدف قرار دادند. پرورش پلاستيك در اين بخشها به كشاورزان امكان ميدهد كه پس از برداشت دانههاي ذرت، زمين را براي برداشت ساقهها و برگهاي داراي پلاستيك درو كنند. پژوهشگران دربارهي افزايش مقدار پلاستيك در گياهان، پيشرفتهاي چشمگيري داشتهاند. با اين همه، هنوز دشواريهايي براي رسيدن به نتيجهي مناسب وجود دارد.
كلروپلاستهاي برگ بهترين جا براي توليد پلاستيك به شمار ميآيند، اما چون كلروپلاستهاي جاي جذب نور هستند، مقدار زياد پلاستيك ميتواند فتوسنتز را مهار كند و بازدهي محصول را كاهش دهد. بيرون كشيدن پلاستيك از گياه نيز دشوار است. اين كار به مقدار زيادي حلال نياز دارد كه بايد پس از بهرهگيري، بازيافت شود. بر اساس تازهترين تخمينها, توليد يك كيلوگرم PHB در گياه ذرت در مقايسه با پلياتيلن به سه برابر انرژي بيشتري نياز دارد. كشت انبوه ميكروبهاي پلاستيك ساز نيز به همين ميزان انرژي نياز دارد.
3. بازطراحي واكنشهاي شيميايي
در روند بازطراحي واكنشهاي شيميايي از واكنشگرهاي آغازكندهاي بهره گرفته ميشود كه سالمترند. در اين را ممكن است روندهاي زيستشيميايي نيز سودمند باشند. براي مثال، اديپيك اسيد، HOOC(CH2)4COOH يك مادهي خام كليدي در توليد نايلون و فرآوردههاي مانند آن است كه سالانه بيش از 2 ميليون تن از آن در صنعت به كار گرفته ميشود. اين ماده از بنزن ساخته ميشود كه سرطانزا است و از اندوختههاي فسيلي نونشدني به دست ميآيد. اما به تازگي دو شيميدان توانستهاند اين ماده را از يكي از فراوانترين، سالمترين و نوشدنيترين مواد طبيعي، يعني گلوكز، بسازند. آنها در اين راه از باكتريهايي كمك گرفتند كه با مهندسي ژنتيك آنزيم ويژهاي در آنها كار گذاشته شده بود و به ناچار طي يك روند زيستشيميايي ناخواسته، بنزن را از گلوكز ميسازند.
توجه به اقتصاد اتم نيز كمك زيادي ميكند. براي مثال، پژوهشگران توانستهاند اقتصاد اتمي را در روند توليد ايبوپورفن، تركيبي كه در بسياري از آرامشبخشها به كار ميرود، از 40 درصد به 77 درصد برسانند و اين يعني، اتمهاي بيشتري كه شركت داروسازي براي آنها هزينه پرداخته است، به صورت مولكول پر فروشي در ميآيند و فراوردههاي بيهوده، كه ميتوانند به محيطزيست آسيب برسانند، كمتر توليد ميشوند.
4. چندسازههاي زيستي
اگر چه موادشناسان تنها در چند دههي گذشته به سوي چندسازهها گرايش پيدا كردهاند، طبيعت در خود چندسازههاي بسيار سخت، پيچيده و گوناگوني دارد كه از ديدگاه سختي و وزن، مانندي براي آنها نميتوان يافت. به هر جاي طبيعت كه مينگريم، با يك چندسازه رو به رو ميشويم. براي نمونه، صدفهاي دريايي از چندسازهي سراميكي سختي ساخته شدهاند. اين سراميك از لايههايي از بلورهاي سخت تشكيل شده كه در زمينهي سيماني نرمتري جاي دارند. اين سراميك سخت و پايدار، جاندار درون خود را از آشوب موج نگهداري ميكند كه پيوسته آن را بر سطح سخرهها مي كوبد. بدن ما يك چند سازه است كه از چندسازههايي مانند استخوان، غضروف و پوست درست شده است.
بشر از ساليان دور از چندسازههاي طبيعي بهره گرفته است. كاه كه براي ساختن نخستين چندسازهها به كار ميرفت، خود نوعي چندسازه است. ابزارهاي چوبي، كفش و لباسي كه از پوست جانوران تهيه ميشود، همه چندسازههاي طبيعياند. به خاطر اين گوناگوني و ويژگيهاي بيمانند، موادشناسان تلاش ميكنند از اين مواد براي سختي بخشيدن به چندسازههاي ساختگي(مصنوعي) بهره گيرند تا از پيامدهاي زيست محيطي ناگوار ناشي از مواد ساختگي بكاهند. انويرون ( environ ) نمونهاي از اين چندسازههاست كه از 40 درصد كاغذ روزنامه، 40 درصد گرد سويا و 20 درصد تركيبهاي ديگر (از جمله رنگدهندهها و كاتاليزگري كه در حضور آب كارا ميشود و گرد سويا را به رزين دگرگونه ميكند) ساخته ميشود. فراوردهي كار، يك چندسازهي زيستي است كه ظاهري سنگ مانند دارد، اما مانند چوب ميتوان آن را بريد. از اين چندسازه ميتوان هر نوع ابزار چوبي را با ظاهري سنگ مانند ساخت.
سخن پاياني
بازطراحي واكنشها و روندهاي شيميايي فرصتهاي تازه و بيشماري براي شيميدانها به وجود آورده است و هر شيميداني ميتواند به طراحي هر يك از واكنشهاي شناختهشدهاي كه سالها در كارخانهها يا آزمايشگاههاي دانشگاهها به كار گرفته ميشد، در راستاي سالمكردن آن و كاهش هزينهها و افزايش كاراآمدي و بازده، بپردازد. از اين رو، به نظر ميرسد فرصتهايي كه براي شيميدانها طي تاريخ دراز و كهن اين دانش فراهم شده، اكنون بارديگر براي شيميدانهاي امروزي فراهم شده است تا با ويرايش آنچه آنان در تاريخ شيمي به يادگار گذاشتهاند، يادگارهاي سالمتري براي آيندگان برجاي گذارند.
منبع:
1. Anastas, P. T.; Warner, J. C. Green Chemistry: Theory and Practice; Oxford University Press: New York , 1998; pp 30.
2 . Jones, D. Hydrogen fuel cells for future cars. ChemMatters, December 2000
3 . La Merrill, M; Parent, k.; Kirchhoff, M. Jones, D. Hydrogen fuel cells for future cars. ChemMatters, April 2003
4. Emsleym J. A cleaner way to make nylon. NewScientist, 12 March 1994
5. Grengtoss, T.U.; Slater, S.C. How green are green plastics? Scientific American, Agust 2000
6. Ekre, B. Biodiesel: The Clear Choise.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
7 .Tom Matthams.Perfect partnerships. New scientist 2001 20 January
دارويي كه رنگ جهان را دگرگون كرد
در سال هاي مياني قرن نوزدهم، امپراطوري انگلستان با مشكل شيوع بيماري مالاريا دست به گريبان بود. بهترين درمان براي مالاريا، دارويي به نام «كوئينين» بود كه از پوست نوعي درخت به دست مي آمد و آن درخت فقط در آمريكاي جنوبي مي روييد . در سال ۱۸۴۵ شيميدان جواني به نام «ويليام پركين» تصميم گرفت اين ماده را به روش شيميايي بسازد. وي نتوانست آن را بسازد اما ماده جالب تري به دست آورد كه نه تنها زندگي او بلكه زندگي همه ما را دگرگون كرد.
در آن زمان، شيمي مراحل ابتدايي خود را مي گذراند و شيميدان ها مولكول هاي جديد را به روش آزمون و خطا توليد مي كردند. اين كار، گاهي با عواقب خطرناكي مانند انفجار و مسموميت با فرآورده هاي جانبي واكنش ها مي انجاميد .
پركين با پذيرفتن تمام اين خطرات، كار خود را بي وقفه پي گرفت، اما موفقيت از او گريزان بود. او مواد شيميايي مختلفي را با هم مخلوط كرد تا اين كه از مخلوط كردن آنيلين ودي كرومات پتاسيم، ماده لزج ارغواني رنگي به دست آورد. افزودن الكل به آن ماده، محلول ارغواني رنگ جذابي را بر جاي گذاشت كه براي درمان مالاريا مناسب نبود، اما مي شد از آن به عنوان نوعي رنگ استفاده كرد. در حقيقت، پركين نخستين رنگ مصنوعي را ساخته بود !
تا آن زمان، بيشتر رنگ ها از گياهان يا جانوران (از جمله سوسك هايي كه رنگ جذابي دارند) و طي فرآيند پر زحمتي به دست مي آمد. تصور كنيد براي به دست آوردن رنگ لازم براي پارچه يك دست لباس رسمي، چه تعداد سوسك لازم است ! بنابراين، اختراع كشف گونه پركين از لحاظ تجاري ارزش فوق العاده اي داشت. پركين رنگ اختراعي خود را «ماووئين» ناميد و تصميم گرفت آن را در مقياس انبوه توليد كند . اما همكاران شيميدانش او را مسخره كردند . آنان رنگ او را «لجن ارغواني» ناميدند و به او مي گفتند كه بيهوده وقتش را تلف مي كند .
دو واقعه باعث شد شرايط به نفع پركين تغيير كند. نخست اين كه «ملكه ويكتوريا» از رنگ جديد خوشش آمد و در عروسي دخترش لباسي پوشيد كه با ماووئين رنگ شده بود. دوم اين كه ملكه زيبايي آن زمان تصميم گرفت از رنگ جديد استفاده كند، زيرا به نظر او، رنگ جديد با رنگ چشمانش همخواني فوق العاده اي داشت. ناگهان جنجالي رخ داد و اغلب زناني كه به عنوان مدل تبليغاتي فعاليت مي كردند، به استفاده از لباس هايي روي آوردند كه با رنگ جديد جذابيت خاصي پيدا كرده بودند .
رنگ ماووئين، صنعت پارچه و لباس را متحول كرد و در زماني كوتاه براي مخترعش ثروت زيادي به همراه آورد. او نخستين كارخانه رنگ مصنوعي را تأسيس كرد. در آن كارخانه رنگ هاي ديگري از جمله «آليزارين» را به توليد انبوه رساند. توليد سالانه اين رنگ بيش از ۲۲۰ تن بود. به اين ترتيب، پركين كه در ۱۸ سالگي نخستين رنگ مصنوعي را توليد كرد، در ۳۶ سالگي آن قدر پول دار شد كه كارخانه را فروخت و بقيه عمر را با خيال راحت به پژوهش در زمينه شيمي و توليد مواد مصنوعي پرداخت.
برخي از رنگ هاي او در زيست شناسي و پزشكي كاربردهاي زيادي پيدا كردند. رنگ هاي توليدي او به ما امكان داد سلول ها و باكتري ها را رنگ آميزي و به اين وسيله ساختمان آن ها را با دقت بيشتري مطالعه كنيم . اگر ساختمان داخلي سلول ناهمگن باشد، امكان آم وجود دارد كه برخي از قسمت هاي سلول بعضي مواد شيميايي را جذب كنند حال آن كه بخش هاي ديگر به آن ماده واكنش ندهند. اگر ماده مذكور ماده اي رنگين باشد، قسمتي كه رنگ را جذب كرده، رنگي و بقيه قسمت ها بي رنگ باقي مي مانند . دانشمندي به نام «والتر فلمينگ» با اين توجيه، از رنگ هاي اختراعي پركين براي مطالعه سلول ها بهره گرفت. او با اين روش توانست كروموزم ها (محل ژن هاي جانداران) را در هسته سلول مشاهده كند و رفتار آن ها را طي تقسيم سلول بررسي كند .
برخي معتقدند اگر پركين، ماووئين را اختراع نمي كرد، فرد ديگري اين كار را مي كرد. هر چند نمي توان اين نظر را به طور كامل رد كرد اما بايد توجه داشت پركين از يك اتفاق به نحو صحيحي بهره برداري كرد. چنين اتفاقاتي ممكن است براي ما هم رخ دهد. چه بسا دانشمندان ديگري با ماده لزجي كه دنيا و پركين را متحول كرد، بارها روبه رو شده بودند، اما به آن توجه نكردند و آن را فرآورده زايد واكنش هاي شيميايي مي دانستند . در همان زمان كه پركين با ماده آنيلين كار مي كرد، بسياري از شيميدان ها مي دانستند كه اين ماده در واكنش هاي شيميايي به توليد فرآورده هاي رنگي مي انجامد. اما فكر استفاده عملي از اين حقيقت، تنها در ذهن پركين نقش بست .
نكته بعدي اين كه، پركين نخستين شيميداني بود كه به مردم ثابت كرد مطالعه شيمي مي تواند آنان را ثروتمند كند. در واقع مي توانيم او را نخستين كسي بدانيم كه بين دانش و صنعت پيوند برقرار كرد . نكته آخر اين كه تحفه اتفاق، تنها نصيب كسي مي شود كه در جست وجوي حل معما باشد. كسي كه به كناري نشسته است، نه تنها با اتفاقي روبه رو نمي شود كه اگر هم شود، متوجه آن نمي شود!
"محقق به طور دايم در ذهن خود با موضوع هايي كه نظرش را جلب كرده اند، كلنجار مي رود و با شكيبايي در انتظار روزي مي نشيند كه نور كم رنگ و مبهم سحرگاهي به تدريج به نوري كامل و روشن تبديل شود."
چه چيزي خواص مواد را مشخص ميکند؟
مقدمه
شايد تا بحال از خود پرسيده باشيد که چرا مواد مختلف با هم متفاوتند؟ چرا برخي از آنها محکم تر از سايرين هستند؟ چرا برخي از مواد رسانا و برخي نارسانا؟ چرا نور ميتواند از بعضي از مواد عبور کند و از بعضي ديگر نه؟
سئوالاتي از اين دست ذهن را متوجه تفاوتهاي مواد از نظر خواص ميکند و ما را در رابطه با علت اين تفاوتها، به تفکر بيشتر وادار ميکند. با اطلاعاتي که ما از ساختمان عناصر و تفاوتهاي موجود در عناصر داريم شايد گمان کنيم که تفاوتهاي موجود در مواد مختلف حاصل تفاوتهاي عناصر تشکيل دهنده آنها است. با اين تفکر مواد تنها متاثر از تنوع عناصر تشکيل دهنده خود خواهند بود و تمامي ويژگيهاي رفتاري مواد با شناخت عناصر تشکيل دهنده آنها روشن خواهد شد. بر اين اساس مشخص شدن عناصر تشکيل دهنده يعني تعيين ترکيب شيميايي همه اسرار مربوط به خصوصيات مواد را آشکار ميکند. براستي با دانستن ترکيب شيميايي، خواص مواد معلوم خواهد شد؟
با کمي دقت و توجه به ترکيبات شيميايي مواد پيرامون خويش در مييابيم که بسياري از آنها با وجود اين که در رفتار و خواص با يکديگر بسيار متفاوتند، داراي عناصر تشکيل دهنده و ترکيب شيميايي يکسان ميباشند و برخي ديگراز مواد با داشتن عناصر تشکيل دهنده و ترکيب شيميايي متفاوت با يکديگر، داراي خواص و رفتار مشابهي هستند. پس چه چيزي بجز ترکيب شيميايي موجب تفاوت در رفتار مواد ميشود؟
براي جواب اين سئوال لازم است که بيشتر با ساختار و ويژگيهاي مواد آشنا شويم.
ساختار مواد چيست؟
ساختار مواد ارتباط بين اتمها، يونها و مولکولهاي تشکيل دهنده آن مواد را مشخص ميکند. براي شناخت ساختار مواد ابتدا بايد به نوع اتصالات بين اتمها و يونها پي برد. به طور حتم با پيوندهاي شيميايي آشنايي داريد. پيوندهاي شيميايي نحوه اتصال ميان اتمها و يونها را مشخص ميکنند. بنابراين تفاوت پيوندهاي شيميايي مختلف را در ويژگيهاي اين پيوندها ميتوان مشاهده کرد. به عنوان مثال در نمک طعام به دليل وجود پيوند يوني که منجر به محصور شدن الکترونها ميشود، خاصيت "رسانايي" مشاهده نميشود زيرا الکترونها که حامل و انتقال دهندهي بار الکتريکي هستند، به دليل محصور شدن امکان حرکت ندارند و چيزي براي انتقال بار الکتريکي در ميان ماده وجود نخواهد داشت. در مقابل در فلزات، مانند مس، به دليل وجود پيوند فلزي که موجب آزادي الکترونها ميشود و امکان تحرک الکترونها را فراهم مينمايد، ميتوانيم خاصيت رسانايي را انتظار داشته باشيم. زيرا الکترونهاي آزاد، امکان انتقال بار الکتريکي را در طول ماده فراهم ميآورند. همانطور که ذکر شد اطلاع از نوع پيوندهاي اتمي ميتواند به شناخت ما از رفتار و خواص مواد کمک کند. اما آيا تنها با دانستن نوع پيوندها تمامي خواص و رفتار يک ماده را ميتوان پيشبيني کرد؟
براي روشن شدن مطلب مثال معروفي را ارائه ميکنيم. همانطور که ميدانيد گرافيت و الماس هر دو از اتمهاي کربن تشکيل شدهاند و هر دو "ريختهاي" مختلفي از عنصر کربن هستند. اما چرا خواص گرافيت و الماس تا اين حد با يکديگر متفاوت است؟ الماس به عنوان سختترين ماده طبيعي معرفي ميگردد و گرافيت به دليل نرمي بسيار، به عنوان ماده "روانساز" به کار گرفته ميشود! تفاوت رفتار و خواص گرافيت و الماس را به نوع اتصال و پيوند شيميايي اتمهاي کربن نميتوان نسبت داد زيرا در هر دو شکل اين ماده - که تنها داراي اتمهاي کربن است - يک نوع پيوند شيميايي وجود دارد. بلکه علت در "چگونگي اتصالات و پيوندهاي شيميايي" اين دو شکل کربن است. در گرافيت اتمهاي کربن شش ضلعيهاي پيوستهاي شبيه به يک لانه زنبور تشکيل ميدهند که در يک سطح گسترده شده است. لايههاي شش ضلعي ساخته شده با قرار گرفتن روي هم، حجمي را تشکيل ميدهند که به آن گرافيت ميگوييم. واضح است که در ساختار گرافيت دو نوع اتصال وجود خواهد داشت: يک نوع اتصال، اتصالي است که بين اتمهاي کربن هر لايه لانه زنبوري وجود دارد و جنس آن از نوع پيوند کوالانسي است. نوع دوم اتصالي است که لايههاي لانه زنبوري را به يکديگر وصل ميکند. بديهي است که اين نوع از جنس اتصالات اوليه يعني پيوندهاي اتمي نيست. بنابراين پيوند به هم پيوستگي دوم - که قدرت به هم پيوستگي لايهها را مشخص ميکند - ضعيفتر از اتصال اوليه که يک پيوند کوالانسي است، خواهد بود. پس ميتوان انتظار داشت که گرافيت، در جهت صفهات لانهزنبوري به دليل داشتن پيوند قوي کووالانسي استحکام بالايي داشته باشد؛ بالعکس، اين ساختار در جهت عمود بر صفحات لانه زنبوري به علت وجود پيوند ضعيف ثانويه بين لايهها، به مراتب کمتر از استحکام درون آنها، داراي مقاومت است. از طرفي به دليل پيوندهاي ضعيف بين لايهاي انتظار ميرود که با اعمال نيرويي بيشتر، لايههاي لانه زنبوري بتوانند بر روي يکديگر بلغزند.
شکل 1- ساختار گرافيت
<در مقابل ساختار لايهاي گرافيت، الماس داراي يک ساختار شبکهاي است. در گرافيت پيوندهاي اوليه يعني پيوندهاي اتمي تنها در يک سطح (در يک وجه) برقرار ميشود در حالي که در ساختار الماس اين پيوندها به صورت شبکهاي سه بعدي فضا را پر ميکنند. در ساختار گرافيت هر اتم کربن با سه اتم کربن ديگر اتصال اتمي از جنس کوالانسي ايجاد ميکند، در حالي که در ساختار الماس هر اتم کربن با چهار اتم کربن ديگر پيوند اتمي و از جنس کوالانسي برقرار مينمايد.
شکل 2- ساختار الماس
با توضيحاتي که راجع به تفاوتهاي ساختاري گرافيت و الماس داده شد مشخص ميگردد که دليل نرمي گرافيت و سختي الماس در چيست. همانطور که ديديد ساختار با مشخص کردن نوع، تعداد و چگونگي پيوندهاي تشکيل دهنده مواد، تاثير به سزايي در خواص مواد دارد. بنابراين از طريق مطالعه در ساختار مواد، بسياري از رفتارها و خواص آنها را ميتوان پيشبيني کرد. همچنين براي دستيابي به برخي از خواص ميتوان ساختار متناسب با آنها را طراحي نمو