کتاب بهرام

اکسیژن (Oxygen) یک عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی با نماد O و عدد اتمی 8 نمایش داده می‌شود. این گاز بی‌رنگ، بی‌بو و بی‌مزه در دمای استاندارد و فشار عادی به صورت دو اتمی (O₂) وجود دارد و بخش بزرگی از جو زمین را تشکیل می‌دهد. اکسیژن برای بقای بیشتر موجودات زنده ضروری است، زیرا در فرآیند تنفس سلولی نقش حیاتی ایفا می‌کند. این عنصر همچنین در ترکیب با سایر عناصر به صورت اکسیدها وجود دارد و در فرآیندهای مختلف شیمیایی مانند احتراق و فرایندهای زیستی نقش دارد. اکسیژن یکی از عناصر اصلی تشکیل‌دهنده آب (H₂O) و بسیاری از ترکیب‌های زیستی دیگر است.

اکسیژن (O₂) با عدد اتمی ۸، یکی از فراوان‌ترین و مهم‌ترین عناصر کره زمین است که:

• در سال 1774 توسط جوزف پریستلی و به طور مستقل توسط کارل ویلهلم شیله کشف شد.
• آنتوان لاووازیه نام "اکسیژن" را از ریشه یونانی (ὀξύς به معنی "اسید" و γενής به معنی "تولیدکننده") انتخاب کرد.
• سومین عنصر فراوان در جهان پس از هیدروژن و هلیوم.
• تشکیل‌دهنده 21% جو زمین، 89% آب و 46% پوسته زمین.

خصوصیات فیزیکی و شیمیایی

ویژگی‌های کلیدی

نیتروژن یک عنصر شیمیایی با عدد اتمی ۷ و نماد N است. این عنصر در گروه ۱۵ (نیتروژن‌ها) و دوره ۲ جدول تناوبی قرار دارد. نیتروژن به عنوان یک گاز بی‌رنگ، بی‌بو و بی‌مزه شناخته می‌شود و حدود ۷۸٪ از حجم هوا را تشکیل می‌دهد. این عنصر نقش حیاتی در چرخه نیتروژن و فرآیندهای زیستی دارد.

ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی:

• حالت فیزیکی: گاز در دمای اتاق.

• چگالی: ۱٫۲۵۱ گرم بر لیتر در شرایط استاندارد (STP).

• نقطه ذوب: ۲۱۰- درجه سانتیگراد.

• نقطه جوش: ۱۹۶- درجه سانتیگراد.

• واکنش‌پذیری: نیتروژن به دلیل پیوند سه‌گانه قوی بین اتم‌هایش (N≡N)، در شرایط عادی واکنش‌پذیری کمی دارد.

تاریخچه:

• کشف: نیتروژن در سال ۱۷۷۲ توسط شیمیدان اسکاتلندی، دنیل رادرفورد، کشف شد.

• نام‌گذاری: نام نیتروژن از واژه یونانی "nitron" (به معنای شوره) و "genes" (به معنای تشکیل‌دهنده) گرفته شده است.

کربن (Carbon) به عنوان یکی از مهم‌ترین و اساسی‌ترین عناصر در جهان، در بسیاری از زمینه‌های علمی و صنعتی نقش برجسته‌ای دارد. این عنصر با عدد اتمی ۶ و نماد C، نه تنها چهارمین عنصر فراوان در کره زمین است بلکه پایه و اساس تمام اشکال شناخته‌شدهٔ حیات نیز محسوب می‌شود.

ویژگی‌های شگفت‌انگیز کربن، توانایی آن در تشکیل میلیون‌ها ترکیب مختلف را به‌وجود آورده است. از الماس درخشان تا گرافیت نرم، از ساختار پیچیدهٔ DNA گرفته تا سوخت‌های فسیلی که خودروها را به حرکت درمی‌آورد—همه و همه از کربن ساخته شده‌اند. به همین دلیل است که کربن به‌عنوان "پادشاه عناصر" شناخته می‌شود.

ویژگی‌های منحصربه‌فرد کربن

۱. چندظرفیتی بودن

کربن قادر است ۴ پیوند کووالانسی با دیگر اتم‌ها تشکیل دهد. این ویژگی به کربن این امکان را می‌دهد که ترکیبات پیچیده‌ای را با عناصری چون هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن بسازد. این ویژگی باعث می‌شود که کربن قادر به ایجاد ساختارهای پیچیده و متنوعی باشد که در حیات و فناوری کاربرد دارند.

فسفر (به انگلیسی: Phosphorus)  یک عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی با نماد P و عدد اتمی 15 شناخته می‌شود. این عنصر در دماهای معمولی به صورت غیر فلزی و با دو شکل آلوتروپی عمده به نام‌های فسفر سفید و فسفر قرمز وجود دارد. فسفر در بسیاری از ترکیبات شیمیایی و فرآیندهای بیولوژیکی، مانند DNA و ATP، نقش کلیدی دارد.

فسفر یک عنصر شیمیایی غیر فلزی است که در دو فرم اصلی یافت می‌شود: فسفر سفید و فسفر قرمز. فسفر سفید، که به صورت مایع یا جامد در دمای اتاق است، بسیار واکنش‌پذیر و در معرض هوا به سرعت مشتعل می‌شود.

ترکیبات شیمیایی (به انگلیسی : Chemical Compounds) در زندگی ما نقش‌های متنوعی دارند. آنها شامل مواد غذایی، داروها، مواد ساختمانی و محصولات بهداشتی هستند و به فرآیندهای بیوشیمیایی در بدن کمک می‌کنند. برای مثال، ویتامین‌ها و معدنی‌ها در تغذیه ضروری‌اند، داروها برای درمان بیماری‌ها به کار می‌روند و مواد شیمیایی در صنایع مختلف برای تولید کالاهای مصرفی استفاده می‌شوند.

ترکیبات شیمیایی همچنین در کشاورزی برای تولید کودها و آفت‌کش‌ها کاربرد دارند و

اتمسفر نپتون، اورانوس و زحل فشارهای بسیار بالایی دارند که می‌توانند به گونه‌ای شدید، اتم‌های کربن را فشرده کرده و آن‌ها را به شکل الماس متبلور کنند. این پدیده به عنوان تبدیل کربن به الماس توسط فشارهای بسیار بالا شناخته می‌شود و در دنیای زمین شاهد آن نمی‌باشیم به دلیل فشارهای ناچیزتر.

محققان این حقیقت علمی را با آزمایش‌های خود در آزمایشگاه تأیید کرده‌اند که شرایط لازم برای تبدیل کربن به الماس در این سیارات گازی وجود دارد. این آزمایش‌ها نشان می‌دهند که فشارها و دماهای اتمسفری این سیارات می‌تواند باعث تولید الماس شود، مانند شرایطی که در عمق‌های اقیانوس‌های زمین ممکن است باشد.

جدا از این، برخی محققان نیز پیش‌بینی می‌کنند که ممکن است در بخش‌هایی از اتمسفر زحل، سالانه مقادیر قابل توجهی از الماس تولید شود، اگرچه این ادعاها هنوز به تأیید نهایی نرسیده‌اند و نیاز به بررسی‌های بیشتر دارند.

مطلب بالا در برخی جوانب صحیح است، اما برخی جوانب آن بیشتر یک فرضیه است و نیازمند توضیحات بیشتری است:

در شرایط آزمایشگاهی یا در داخل ستاره‌ها، تبدیل یک عنصر به عنصر دیگر (مثلاً مس به طلا) به دو روش اصلی انجام می‌شود:

فیوژن هسته‌ای (ترکیب هسته‌ها):

در داخل ستاره‌ها، انرژی و دمای بسیار بالا باعث می‌شود که اتم‌ها به هم نزدیک شوند و هسته‌های آن‌ها ترکیب شوند. این فرآیند به ویژه برای تولید عناصر سنگین‌تر از هیدروژن (مانند هلیوم، کربن، اکسیژن، و غیره) اتفاق می‌افتد.

در شرایط آزمایشگاهی نیز، از طریق شتاب‌دهنده‌های پرانرژی مانند شتاب‌دهنده‌های هسته‌ای یا لیزرهای پرانرژی، می‌توان هسته‌های دو عنصر را به هم نزدیک کرده و آن‌ها را با هم ترکیب کرد. این فرآیند به عنوان سنتز عناصر شناخته می‌شود.

شکافتن هسته‌ها (اشعه‌زایی):

تبدیلات در طبیعت به دو حالت اساسی اصلی انجام می‌شوند که می‌توانند باعث تغییر یک عنصر به عنصر دیگری شوند. این دو حالت عبارتند از: تبدیل هسته‌ای و تبدیل شیمیایی.

1. تبدیل هسته‌ای (Nuclear Transformation)

تبدیل هسته‌ای به تغییراتی اطلاق می‌شود که در هسته‌ی اتمی اتفاق می‌افتد. این نوع تبدیل‌ها معمولاً به دلیل واکنش‌های هسته‌ای یا تجزیه‌ی رادیواکتیو رخ می‌دهند.

در این فرآیندها، هسته‌های اتمی تحت تأثیر عوامل مختلف تغییر می‌کنند و ممکن است به یک عنصر جدید تبدیل شوند. از مهم‌ترین فرآیندهای تبدیل هسته‌ای می‌توان به تجزیه‌ی رادیواکتیو، پرتوزایی بتا، پرتوزایی آلفا، تبدیل پروتون به نوترون یا برعکس و سایر واکنش‌های هسته‌ای اشاره کرد.

• تجزیه رادیواکتیو: در این فرآیند، هسته‌ی یک عنصر ناپایدار خود به خود به عنصر دیگری تبدیل می‌شود و طی این تبدیل اشعه‌های رادیواکتیو (مانند آلفا، بتا یا گاما) منتشر می‌شود.

حیات بر پایه کربن به نوعی از حیات اطلاق می‌شود که بر پایه مولکول‌های کربنی ساخته شده است. این نوع حیات شامل بیشتر موجودات زنده زمینی می‌شود، از جمله باکتری‌ها، گیاهان، قارچ‌ها، حیوانات و حتی انسان‌ها.

کربن به عنوان یک عنصر شیمیایی کلیدی در حیات زمینی عمل می‌کند، زیرا به واسطه خواص خاص خود (مثل توانایی ایجاد پیوندهای شیمیایی متنوع و تشکیل زنجیره‌های مولکولی طولانی) به ساختارها و واکنش‌های زیستی اجازه می‌دهد. مولکول‌های زیستی معمولاً شامل کربن، هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن هستند، با ترکیباتی از جمله کربوهیدرات‌ها، پروتئین‌ها، لیپیدها و اسیدهای نوکلئیک.

از آنجا که زندگی بر پایه کربن برای زمینی‌ها بسیار شایع است، در مطالعات فضایی نیز به دنبال شرایطی هستیم که ممکن است این نوع حیات در آن‌ها وجود داشته باشد، اما باید توجه داشت که زندگی بر پایه کربن تاکنون تنها نمونه مشاهده شده ما از حیات است.

منظور از "حیات بر پایه کربن" (Carbon-based Life) چیست؟

اصطلاح "حیات بر پایه کربن" به موجودات زنده‌ای اطلاق می‌شود که ساختار شیمیایی و متابولیسم آن‌ها بر اساس ترکیبات کربنی استوار است. در این نوع حیات، عنصر کربن نقش اساسی را در تشکیل مولکول‌هایی ایفا می‌کند که برای فرآیندهای زیستی حیاتی لازم هستند. این مولکول‌ها شامل پروتئین‌ها، اسیدهای نوکلئیک (DNA و RNA)، کربوهیدرات‌ها، چربی‌ها و سایر ترکیبات آلی هستند.

عنصر در علم شیمی به معنی یک نوع از اتم‌ها است که همگی دارای تعداد پروتون و الکترون یکسانی هستند. این اتم‌ها با یکدیگر شبیه هستند و خواص شیمیایی مشابهی دارند. به طور کلی، عنصرها بر اساس تعداد پروتون‌های موجود در هسته خود، مشخص می‌شوند و هر عنصری یک شماره اتمی خاص دارد که نشان‌دهنده تعداد پروتون‌های آن است.

هر عنصر در جدول تناوبی عناصر شیمیایی با یک نماد شیمیایی منحصر به فرد نمایش داده می‌شود، که معمولاً از یک یا دو حرف تشکیل شده است. برای مثال، آهن به عنوان یک عنصر با نماد Fe نمایش داده می‌شود، که نمادی است که در شیمی برای آهن استفاده می‌شود.

هر عنصر همچنین دارای ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خاصی است که آن را از سایر عناصر متمایز می‌کند. این ویژگی‌ها شامل نقطه ذوب، نقطه جوش، چگالی، خواص شیمیایی مثل افتاب‌گیری یا رفتار با اسیدها و بازها، و ویژگی‌های الکترونی مانند ترتیب الکترونی هستند.