کتاب بهرام

قانون بقای جرم (Conservation of mass / matter) یکی از اصول اساسی در علم شیمی و فیزیک است که بیان می‌کند: در یک واکنش شیمیایی، جرم کل مواد قبل و بعد از واکنش تغییر نمی‌کند. به عبارت دیگر، جرم ماده در یک سیستم بسته حفظ می‌شود و هیچ‌گاه از بین نمی‌رود و یا به صورت ناگهانی ایجاد نمی‌شود. این قانون اولین بار توسط آنتوان لاووازیه (Antoine Lavoisier) در اواخر قرن هجدهم معرفی شد.

1. تعریف و توضیح قانون

در یک واکنش شیمیایی، اگر تمام واکنش‌دهنده‌ها و محصولات واکنش را بررسی کنیم، مجموع جرم‌های واکنش‌دهنده‌ها قبل از واکنش با مجموع جرم‌های محصولات بعد از واکنش برابر است. به عبارت دیگر، مواد وارد شده به واکنش، به مواد جدیدی تبدیل می‌شوند، اما جرم کل سیستم ثابت می‌ماند.

2. تاریخچه

شیمی‌دان (Chemist) کسی است که به مطالعه و تحقیق در زمینه علم شیمی می‌پردازد. شیمی یکی از علوم پایه‌ای است که به بررسی ترکیب، ساختار، خواص و تغییرات مواد می‌پردازد. شیمی‌دان‌ها از این علم برای شناسایی و درک واکنش‌های شیمیایی، کشف مواد جدید، توسعه فرآیندهای صنعتی و بهبود کیفیت زندگی انسان‌ها استفاده می‌کنند.

ویژگی‌ها و وظایف شیمی‌دان

1. تحقیق و آزمایش: شیمی‌دان‌ها در آزمایشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی به انجام آزمایشات شیمیایی می‌پردازند. این آزمایشات می‌تواند شامل ترکیب مواد مختلف، بررسی خواص فیزیکی و شیمیایی مواد، تحلیل ساختار مولکولی و شبیه‌سازی واکنش‌های شیمیایی باشد.

2. کاربردهای صنعتی: بسیاری از شیمی‌دان‌ها در صنایع مختلفی مانند داروسازی، نفت و گاز، کشاورزی، مواد غذایی و صنایع شیمیایی فعالیت می‌کنند. آن‌ها برای بهبود فرآیندهای تولید، کاهش هزینه‌ها، ارتقاء کیفیت محصولات و ایمنی محیط زیست تحقیق می‌کنند.

آنتوان لوران لاووازیه (Antoine-Laurent de Lavoisier) یکی از بزرگ‌ترین و تأثیرگذارترین دانشمندان تاریخ علم شیمی بود که با تحقیقات و دستاوردهایش به بنیان‌گذار شیمی نوین تبدیل شد. او در ۲۶ اوت ۱۷۴۳ در پاریس به دنیا آمد و در ۸ مه ۱۷۹۴ به دست انقلابیون فرانسه اعدام شد. زندگی و فعالیت‌های علمی او همواره با تلاش برای اثبات و تأسیس اصول علمی دقیق و مبتنی بر آزمایش و داده‌های تجربی همراه بود.

زندگی‌نامه و تحصیلات

لاووازیه در یک خانواده ثروتمند و مرفه به دنیا آمد و از همان دوران کودکی به آموزش و پرورش علمی علاقه‌مند شد. او در زمینه‌های مختلف علمی از جمله نجوم، گیاه‌شناسی، شیمی و زمین‌شناسی تحصیل کرد و توانست در این زمینه‌ها اطلاعات و دانش بسیاری کسب کند. ابتدا در رشته حقوق تحصیل کرد و پس از آن به علوم طبیعی و به ویژه شیمی روی آورد. در سن ۲۵ سالگی، او به عضویت فرهنگستان سلطنتی علوم فرانسه درآمد، که یکی از مهم‌ترین نهادهای علمی آن زمان بود.

فعالیت‌های علمی و دستاوردهای شیمیایی

نظریه فلوژیستون (Phlogiston theory) یک تئوری قدیمی در علم شیمی بود که در قرن‌های 17 و 18 میلادی مطرح شد و در طول آن زمان به‌طور گسترده‌ای مورد پذیرش قرار گرفت. طبق این نظریه، همهٔ مواد قابل سوختن به جزئی به نام "فلوژیستون" (که ماده‌ای معدنی، بی‌رنگ و بی‌بو فرض می‌شد) تشکیل شده بودند. هنگامی که این مواد می‌سوزند، فلوژیستون از آن‌ها جدا می‌شود و مادهٔ سوخته به شکل ساده‌تری تبدیل می‌شود. این تئوری در واقع یک تلاش اولیه برای توضیح فرآیند سوختن و واکنش‌های شیمیایی بود.

پایه‌گذاری نظریه فلوژیستون

نظریه فلوژیستون برای اولین بار توسط شیمی‌دان آلمانی یوهان یواخیم بشِر (Johann Joachim Becher) در قرن هفدهم مطرح شد و سپس توسط گئورگ ارنست اشتال (Georg Ernst Stahl) گسترش یافت. طبق باور این دانشمندان، مواد سوختنی دارای مقداری فلوژیستون بودند که در هنگام سوختن از آن‌ها آزاد می‌شد. به‌طور خاص، اشتال بر این باور بود که فلوژیستون آتش را در درون مواد ذخیره کرده است و هنگام سوختن، این ماده به هوا منتقل می‌شود.

تاریخچه کشف اکسیژن به دو دانشمند مهم مرتبط است، اما در واقع داستان این کشف پیچیده‌تر از آن است که تنها به یک نفر یا یک زمان خاص نسبت داده شود.

کشف اکسیژن

در ابتدا، مایکل سندی‌ووجیس (Michael Sendivogius)، یک شیمیدان و پزشک لهستانی، پیش از سال ۱۶۰۴ در طی تحقیقات خود به ویژگی‌هایی از اکسیژن اشاره کرده بود. با این حال، کشف کامل و دقیق این عنصر به نام اکسیژن و ویژگی‌های آن، مدت‌ها بعد از سندی‌ووجیس صورت گرفت.

گیاه کربن دی‌اکسید و آب را از ریشه‌ها گرفته و با استفاده از نور خورشید آنها را به قند و اکسیژن تبدیل می‌کند. (منبع: ویکی پدیا)

کارل ویلهلم شیله و جوزف پریستلی

با گذشت زمان، دو نام دیگر به‌طور برجسته در کشف اکسیژن مطرح شدند: کارل ویلهلم شیله و جوزف پریستلی. به طور معمول، باور عمومی این است که اکسیژن توسط یکی از این دو دانشمند کشف شده‌است.

1. کارل ویلهلم شیله، شیمیدان سوئدی، در سال ۱۷۷۳ در شهر اوپسالا با انجام آزمایش‌هایی روی ترکیبات مختلف به این نتیجه رسید که گازی که در واکنش‌های خاص آزاد می‌شود، خاصیت پشتیبانی از احتراق دارد. او نام "اکسیژن" را برای این عنصر انتخاب کرد و آن را به عنوان عنصری جداگانه معرفی کرد.

نوشیدنی‌های گازدار به طور عمده به دلیل کشف گاز کربنیک (دی‌اکسید کربن) و خواص خاص آن در ترکیب با مایعات به وجود آمدند. این روند توسعه به چندین مرحله تاریخی مرتبط است که در زیر توضیح داده شده است:

1. کشف آب گازدار

در قرن 18 میلادی، دانشمند انگلیسی جوزف پریستلی کشف کرد که می‌توان گاز کربنیک را در آب حل کرد. او ابتدا با حل کردن گاز کربنیک در آب، نوعی نوشیدنی تولید کرد که به دلیل حباب‌های گازی‌اش، خاص و متفاوت بود. پریستلی این گاز را از واکنش اسید سولفوریک و کربنات سدیم به دست آورد و در واقع اولین نوع نوشیدنی گازدار را اختراع کرد. در ابتدا، این نوشیدنی برای خواص درمانی به فروش می‌رسید و به عنوان یک درمان برای مشکلات گوارشی معرفی می‌شد.

2. پیشرفت در تولید نوشیدنی‌های گازدار

کوه کلیمانجارو (به انگلیسی: Mount Kilimanjaro) یکی از معروف‌ترین و بلندترین کوه‌های قاره آفریقا است که با ارتفاع ۵۸۸۵ متر از دامنه و ۵۸۹۵ متر از سطح دریا، به‌عنوان بلندترین قله این قاره شناخته می‌شود. این کوه آتشفشانی نیمه خاموش در کشور تانزانیا قرار دارد و در مرز این کشور با کنیا واقع شده است. کلیمانجارو به‌دلیل ارتفاع زیاد و همچنین زیبایی‌های طبیعی و مناظر شگفت‌انگیز خود، یکی از مقاصد محبوب برای کوهنوردان و گردشگران سراسر دنیا به شمار می‌رود.

ساختار کوه کلیمانجارو

کوه کلیمانجارو دارای سه مخروط آتشفشانی است که هرکدام ویژگی‌های منحصر به‌فردی دارند. بلندترین قله این مجموعه، قله "کیبو" است که با ارتفاع ۵۸۵۹ متر از سطح دریا، به‌عنوان نقطه اوج کوه کلیمانجارو شناخته می‌شود. سایر مخروط‌های آتشفشانی این کوه عبارتند از:

1. کیبو: بلندترین قله و معروف‌ترین قسمت کلیمانجارو است. این قله، نقطه‌ای است که اغلب کوهنوردان به‌عنوان هدف اصلی صعود انتخاب می‌کنند.

الکترون یک ذره subatomic است که جزء اصلی و بنیادی اتم‌ها به شمار می‌آید. این ذره بار منفی (Negative charge) دارد و یکی از اجزای اصلی اتم‌ها به شمار می‌آید، که به همراه پروتون‌ها و نوترون‌ها تشکیل‌دهنده ساختار اتمی هستند.

ویژگی‌های کلیدی الکترون:

1. بار الکتریکی (Electric charge):

   • الکترون دارای بار منفی است. مقدار بار الکترون معادل ۱.۶ × ۱۰⁻¹⁹ کولن (Coulomb) است.

2. جرم (Mass):

   • جرم الکترون بسیار کوچک است. جرم تقریبی الکترون برابر با 9.11 × 10⁻³¹ کیلوگرم است که تقریباً ۱۸۳۶ بار کمتر از جرم یک پروتون یا نوترون است.

ذرات subatomic یا ذرات زیراتمی، ذراتی هستند که کوچکتر از اتم‌ها بوده و اجزای سازنده اتم‌ها به شمار می‌آیند. این ذرات در داخل اتم وجود دارند و برای درک ساختار و ویژگی‌های ماده و نیروهای طبیعی، مطالعه و فهم آنها ضروری است.

انواع ذرات Subatomic

ذرات زیراتمی به طور کلی به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

1. پروتون‌ها (Protons)
2. نوترون‌ها (Neutrons)
3. الکترون‌ها (Electrons)

هرکدام از این ذرات ویژگی‌های خاص خود را دارند و نقش‌های متفاوتی در ساختار اتمی ایفا می‌کنند.

1. پروتون‌ها (Protons)

• بار الکتریکی: پروتون‌ها دارای بار مثبت هستند.
• جرم: جرم پروتون تقریباً 1836 برابر بیشتر از جرم یک الکترون است.
• نقش در اتم: پروتون‌ها به همراه نوترون‌ها در هسته اتم قرار دارند و بیشتر جرم اتم به دلیل وجود پروتون‌ها و نوترون‌ها در هسته است.

پلاسما چهارمین حالت بنیادی ماده است که علاوه بر جامد، مایع و گاز، به عنوان یک حالت مستقل در نظر گرفته می‌شود. این حالت در دماهای بالا و فشارهای مختلف می‌تواند به وجود آید و ویژگی‌های منحصر به فردی دارد که آن را از سایر حالات ماده متمایز می‌کند.

۱. تعریف پلاسما

پلاسما یک گاز یونیزه‌شده است که در آن الکترون‌ها از اتم‌ها جدا شده‌اند و یون‌های مثبت (یعنی اتم‌های یونیزه‌شده) و الکترون‌های آزاد در آن حضور دارند. به عبارت دیگر، در پلاسما تعداد زیادی یون‌ها و الکترون‌های آزاد وجود دارد که در نتیجه رفتار ماده به شکلی متفاوت از گازهای معمولی است. پلاسما به عنوان یک سیستم برقی، دارای ویژگی‌های خاصی مانند رسانایی الکتریکی، تولید میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی و پاسخ به نیروهای الکترومغناطیسی است.