کتاب بهرام

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.

گوگرد (Sulfur) یکی از عناصر شیمیایی مهم در طبیعت است که در بسیاری از فرآیندها و واکنش‌های شیمیایی نقشی اساسی ایفا می‌کند. این عنصر در جدول تناوبی با نماد S و عدد اتمی 16 قرار دارد. در این مطلب به معرفی خواص، کاربردها، انواع ترکیبات و اهمیت گوگرد در صنایع و محیط زیست می‌پردازیم.

1. خواص فیزیکی و شیمیایی گوگرد

گوگرد به صورت طبیعی در اشکال مختلفی در طبیعت وجود دارد. در حالت خالص، گوگرد یک عنصر جامد است که رنگ زرد روشنی دارد. این ماده به طور طبیعی به صورت پودر زرد یا بلورهای شش‌وجهی یافت می‌شود. گوگرد در دمای اتاق به طور طبیعی به صورت غیرفلزی و غیرمغناطیسی است.

• جرم مولکولی: 32.07 گرم بر مول
• چگالی: 2.07 گرم بر سانتیمتر مکعب
• دما ذوب: 115.21 درجه سلسیوس
• دما جوش: 444.6 درجه سلسیوس
• حالت‌ها: گوگرد در دما و فشار عادی به صورت جامد است، اما با افزایش دما به مایع و گاز تبدیل می‌شود.

2. اشکال مختلف گوگرد

سیلیسیوم (Silicon) یک عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی با نماد Si و عدد اتمی 14 قرار دارد. این عنصر یکی از رایج‌ترین و مهم‌ترین عناصر در طبیعت و صنایع مختلف است. در اینجا اطلاعات جامع و کاملی در مورد سیلیسیوم آورده شده است:

ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی سیلیسیوم:

1. ساختار اتمی:

   • سیلیسیوم یک شبه‌فلز است که در گروه 14 جدول تناوبی قرار دارد.
   • این عنصر دارای 14 پروتون و 14 الکترون است.
   • ساختار الکترونی آن به صورت [Ne]3s²3p² است که نشان‌دهنده دو الکترون در لایه سوم است.

2. ویژگی‌های فیزیکی:

   • سیلیسیوم در دمای اتاق به صورت یک جامد شکننده و خاکی است.
   • رنگ آن به صورت خاکی و مایل به خاکی است.
   • دمای ذوب سیلیسیوم 1414 درجه سانتی‌گراد و دمای جوش آن 3265 درجه سانتی‌گراد است.

آلومینیوم یک عنصر شیمیایی با نماد Al و عدد اتمی 13 است که به دلیل خواص منحصر به فرد خود در صنایع مختلف بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فلز سبک، مقاوم در برابر خوردگی و با خواص مکانیکی عالی، یکی از پرمصرف‌ترین فلزات در دنیا به شمار می‌آید.

ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی آلومینیوم

1. رنگ و ظاهر: آلومینیوم در حالت خالص سفید نقره‌ای است و در برابر نور و رطوبت تغییر رنگ نمی‌دهد.

2. چگالی و وزن: آلومینیوم یک فلز سبک است که چگالی آن حدود 2.7 گرم بر سانتیمتر مکعب می‌باشد، به همین دلیل در صنایع هوافضا و خودروسازی بسیار پرکاربرد است.

3. نقطه ذوب و جوش: نقطه ذوب آلومینیوم 660 درجه سلسیوس و نقطه جوش آن 2470 درجه سلسیوس است.

آهن (Fe) یکی از فلزات پایه و از مهم‌ترین عناصر در طبیعت است که کاربردهای گسترده‌ای در صنایع مختلف، به ویژه در صنعت ساخت و ساز و تولید ابزارآلات دارد. این عنصر به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی ویژه‌ای که دارد، نقش مهمی در زندگی روزمره انسان‌ها ایفا می‌کند. در اینجا به ویژگی‌ها، کاربردها، فرآیند استخراج و نقش آهن در بدن انسان پرداخته خواهد شد.

ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی آهن:

1. عدد اتمی: آهن با عدد اتمی 26 در جدول تناوبی قرار دارد.
2. جرم اتمی: 55.845 گرم بر مول.
3. حالت فیزیکی: در دمای معمولی، آهن یک فلز جامد است.
4. رنگ: آهن به صورت طبیعی خاکی یا نقره‌ای رنگ است که در اثر اکسیداسیون (زنگ‌زدگی) رنگ قهوه‌ای مایل به قرمز پیدا می‌کند.
5. چگالی: 7.87 گرم بر سانتیمتر مکعب.

مس یک فلز انتقالی با نماد شیمیایی Cu (از واژه لاتین Cuprum) و عدد اتمی ۲۹ است. این عنصر یکی از قدیمی‌ترین فلزات شناخته شده برای بشر است و از زمان‌های دور در ساخت ابزارها و زیورآلات استفاده شده است. مس به‌طور طبیعی در سنگ معدن‌هایی مانند کانی‌های کالکوسیت، کوروتیت، مالاکیت و آزوریت یافت می‌شود.

ویژگی‌ها و خصوصیات مس

1. خصوصیات فیزیکی:

   • مس یک فلز نرم و قابل انعطاف است که به راحتی می‌توان آن را به صورت ورق، سیم یا لوله درآورد.
   • رنگ آن معمولاً قرمز مایل به قهوه‌ای است که در اثر اکسیداسیون می‌تواند به سبز تغییر کند (پدیده‌ای که به نام پتینه شناخته می‌شود).
   • دارای چگالی بالا و هدایت حرارتی و الکتریکی بسیار عالی است.

منگنز یک عنصر شیمیایی با نماد Mn و عدد اتمی ۲۵ است. این عنصر یک فلز انتقالی است که در گروه ۷ جدول تناوبی قرار دارد. منگنز در طبیعت به صورت ترکیبات مختلف و در معادن معدنی یافت می‌شود و از آنجا که نقش‌های بیولوژیکی و صنعتی متعددی دارد، برای بدن انسان و همچنین صنعت اهمیت فراوانی دارد.

1. ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی منگنز:

• نماد شیمیایی: Mn
• عدد اتمی: ۲۵
• وزن اتمی: ۵۵٫۸۳ گرم بر مول
• دوره: ۴
• گروه: ۷
• حالت فیزیکی: منگنز در دمای اتاق یک فلز سخت و شکننده است که دارای رنگ سفید مایل به خاکی است.
• نقطه ذوب: ۱۲۷۴ درجه سانتی‌گراد
• نقطه جوش: ۲۱۸۰ درجه سانتی‌گراد

منگنز در طبیعت بیشتر به صورت ترکیبات معدنی، به ویژه دی‌اکسید منگنز (MnO₂) یافت می‌شود. این عنصر در آلیاژها و صنایع فولاد و ریخته‌گری کاربرد گسترده‌ای دارد.

برادران مونگولفیه، ژوزف-میشل مونگولفیه (Joseph-Michel Montgolfier) و برادرش Étienne Montgolfier، دو مخترع و مهندس فرانسوی بودند که شهرت جهانی خود را به خاطر اختراع بالن هوای گرم کسب کردند. این اختراع نه تنها نقطه عطفی در تاریخ هوانوردی بود، بلکه تأثیر زیادی بر علوم فیزیک و مهندسی داشت. در اینجا به طور مفصل‌تری به تاریخچه و دستاوردهای آنها می‌پردازیم.

1. زندگی و پیش‌زمینه

ژوزف میشل مونگولفیه در تاریخ 26 آگوست 1740 و برادرش Étienne در تاریخ 3 مارس 1745 در شهر آنونای فرانسه متولد شدند. خانواده آنها از طبقه تجاری و صنعتی بودند و پدرشان مالک یک کارخانه کاغذسازی بود. ژوزف میشل به علوم طبیعی علاقه داشت و در کنار مدیریت کارخانه، به آزمایش‌های علمی و اکتشافات جدید در زمینه فیزیک و مهندسی می‌پرداخت.

2. آغاز تحقیقات در زمینه پرواز

نیکل (Nickel) یک عنصر شیمیایی است که نماد شیمیایی آن Ni و عدد اتمی آن 28 است. این عنصر به‌طور طبیعی در پوسته زمین یافت می‌شود و به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد خود، در صنایع مختلف کاربردهای فراوانی دارد.

خواص فیزیکی و شیمیایی نیکل

1. ظاهر: نیکل فلزی است سخت و نقره‌ای رنگ که در دمای اتاق به حالت جامد است.
2. چگالی: چگالی نیکل برابر با ۸.۹۴ گرم بر سانتی‌متر مکعب است.
3. نقطه ذوب و جوش: نقطه ذوب نیکل ۱۴۵۵ درجه سانتی‌گراد و نقطه جوش آن ۲۷۳۰ درجه سانتی‌گراد است.
4. خواص مغناطیسی: نیکل یک ماده مغناطیسی است که در دماهای پایین خاصیت مغناطیسی خود را حفظ می‌کند.