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.

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.

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.

حالت گاز یکی از چهار حالت اصلی ماده است که شامل حالت‌های جامد، مایع، گاز و پلاسما می‌شود. در حالت گاز، ذرات (اتم‌ها یا مولکول‌ها) به صورت آزاد و در حرکت هستند و این ذرات از هم فاصله زیادی دارند و به راحتی می‌توانند در فضا پخش شوند. گازها ویژگی‌های خاص خود را دارند که آنها را از سایر حالت‌های ماده متمایز می‌کند.

ویژگی‌های اصلی گازها:

1. فشار و حجم: گازها تحت تأثیر تغییرات فشار و دما قرار دارند. اگر فشار یک گاز افزایش یابد، حجم آن کاهش می‌یابد و برعکس. این رفتار را می‌توان با استفاده از قوانین گازها مانند قانون بوایل (Boyle's Law) و قانون چارلز (Charles's Law) توضیح داد.

2. جابه‌جایی آزادانه ذرات: در گازها، ذرات از هم فاصله زیادی دارند و حرکت آن‌ها آزادانه است. این ذرات به صورت تصادفی در فضا حرکت می‌کنند و به دیواره‌های محفظه برخورد می‌کنند، که باعث ایجاد فشار می‌شود.

مایع یکی از چهار حالت اصلی ماده است که ویژگی‌های خاص خود را دارد. مایعات در زندگی روزمره به‌طور گسترده‌ای در دسترس هستند و بسیاری از فرآیندهای طبیعی و صنعتی به ویژگی‌های مایعات بستگی دارند. در این مطلب به بررسی ویژگی‌ها، خواص و کاربردهای مایع پرداخته می‌شود.

1. ویژگی‌های مایع:

• شکل غیر ثابت: یکی از ویژگی‌های مایعات این است که شکل آن‌ها ثابت نیست و به‌محض قرار گرفتن در ظرف، شکل آن ظرف را به خود می‌گیرند. به‌عبارت‌دیگر، مایعات نمی‌توانند شکل ثابت خود را حفظ کنند.

• حجم ثابت: برخلاف گازها که می‌توانند فشرده یا منبسط شوند، مایعات دارای حجم ثابت هستند. این بدان معنی است که حجم مایع تغییر نمی‌کند مگر آن‌که دمای آن تغییر کند.

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