- [ تقارير وبحوث في مادة الكيمياء ] - - الصفحة 2

qayed · 01-04-2008, 04:28 AM

تصنيف العناصر
يعتـبر الجـدول الـدوري طريقة لتنظيم ومقارنة العناصر الكيميائيـة؛ فهـو يوفـر معلومـات عـن كـل العنـاصر الكيميائية المعروفة.
الدورات :-
يظهـر كـل عنصـر فـي الجدول برمزه، والعنــاصر مرتبـة فـي سـبعة صفـوف تسـمى دورات، وتقـرأ مـن اليسـار إلـى اليميـن. وتبين الـدورات تسلسـلًا مـن العنـاصر المعدنية إلى العناصر غـير المعدنيـة. ولا ينتمـي الهيدروجين بوضوح إلى أي مـن التصنيفيـن. وتـرتب العنـاصر فـي دورات حسـب أعدادهـا الذريـة مـن 1 إلـى 103. ويظهـر ذلك في أعلى الركن الأيسر من كل خانة. ويشير العدد الذري إلـى عـدد البروتونـات فـي نواة العنصر، والبروتونات عبارة عن جسيمات موجبة الشحنة في مركز الذرة.
المجموعات :-
يمثـل كـل عمـود فـي الجـدول مجموعة عنــاصر تقــرأ رأسـيًّا، ويحـتوي عـلى العنــاصر ذات الخصــائص المتماثلــة. ويوجـد ثمانية تقسيمات رئيســية للعنــاصر مرتبــة حســب عـدد الإلكترونـات والجسـيمات السالبة الشحنة موجودة في الــغلاف الخـارجي للـذرة. ويـتراوح عـدد الإلكترونات للعناصر مــا بيــن 1 و8 إلكترونـات فـي الغلاف الخارجي. وتســلك عنـاصر كـل مجموعـة سلوكا متماثلا.
المعادن القلوية :-

تضم المجموعة الأولى في الجدول الدوري عناصر الليثيوم، والصوديوم، والبوتاسيوم، والربيديـوم، والسـيزيوم، والفرانسـيوم. وتتصف المعادن القلويـة بكونهـا متفاعلـة جـدًا لـذلك يتم تخزينها في الـزيت لحمايتهـا مـن الأكسجين وبخار الماء الموجودين فـي الهـواء. وتعتـبر درجات حرارة انصهارها وغليانها منخفضـة، وتطفو على سطح الماء، كما يمكن قطعها بسكين، وتتفاعل مع الماء مكونة محاليل قلوية.
المعادن القلوية الأرضية :-
تضم المجموعة الثانية عناصر البيريليوم، والماغنسـيوم، والكالسيوم، والإسترنتيوم، والراديــوم، وتلـك العنـاصر ذات لـون أبيـض رمـادي، وجميعهـا طيّعـة (لينـة) إلا أنهـا تخـتلف فـي مقـدار صلابتهـا. وتحـتوي المعـادن القلوية الأرضي على زوج مـن الإلكترونـات فـي أقصـى الـغلاف الخـارجي والذي يمكـن إزالته من ذراته بسهولة لتكوين أيونات موجبة ويعطيهـا ذلك خاصية كيميائية معينة. والمعادن القلوية الأرضية غير نشطة كالمعادن القلوية.
الهالوجينات .
الهالوجينات :-
الهالوجينــات هــي العنــاصر الموجـودة بالمجموعـة السـابعة، وتضـم: الفلـورين، والكلـور، والـبروم، واليـود، والإستاتين. وتلك العناصر نشـطة للغايـة بحـيث لا يمكـن أن تتواجـد حـرة في الطبيعـة بـل نجدهـا متحـدة مع معادن في الأملاح مثل كلوريــد الصوديــوم. وهــذا هــو ســبب تســميتها بالهالوجينـات أو مكونات الملح. وتوجد الهالوجينات في مركبـات ذات أيونـات سـالبة. والإسـتاتين هو العنصر الآخر في المجموعة الذي ل يتواجد في الطبيعة.
الغازات الخاملة :-
تضــم المجموعـة الثامنـة عنـاصر غـير نشـطة للغايـة، وتشمل: الهليوم، النيون، والأرجــون، والكربتـون، والزينـون، والـرادون. وكلهـا غـازات لا لـون لهـا في درجة حرارة الغرفة، ودرجات انصهارهـا وغليانهـا منخفضـة. وتتواجـد كلها كذرات منفصلـة. وحتى عام 1962م لم يكن هناك مركبات معروفـة للغـازات الخاملـة وظـن الكيميائيون أنها غير نشطة بالمرة، ولذا سموها بالخاملة.

الكربون :-
الكربـون عنصـر مهم، وهو عنصر غير معــدني ويكــون 0.2% مـن القشـرة الأرضيـة. ويوجـد الكربون في الطبيعة في صور نقية ومتحـدًا مـع عنـاصر أخرى. ويوجد الكربون بالطبيعة فـي ثلاثـة أشـكال: المـاس، والجـرافيت، والفحم. وفي المـاس تكون ذرات الكربون مرتبة بانتظام في هيكل بحيث تحاط كل ذرة بأربع ذرات أخرى مكونة إنشاءً بلوريًّـا متينًـا ممـا يجـعل الماس أصلب مادة معروفة على وجه الأرض. وفي الجرافيت تحاط كل ذرة بثلاث أخـرى مكونة نمطًا طبقيًا، مما يجعل الجرافيت لينـًا. أمـا الفحـم فبنيتـه غير منتظمة. والكربون عنصر فريد لتعـدد وتنـوع مركباتـه عـلى نحو ضخم، فهو أساس الكيميـاء العضوية وكل الأنظمة الحية. ويعود الشمول والتنـوع اللـذان تتمـيز به كيمياء الكربون إلى قدرته عـلى تكـوين روابط مفردة، وثنائية، وثلاثية مع نفسه ومع العناصر الأخرى .
العناصر الانتقالي :-
تسمى العناصر (المظللة) في ذلك الجزء مـن الجـدول بالمعـادن الانتقاليـة وفيهـا يخـتلف كل عنصر عن جاره الموجود في دورة أخرى بعـدد الإلكترونـات الموجـودة فـي الغلاف التالي لغلاف الإلكترون الخارجي.

سلاسل اللنثنيد والأكتنيد :-
الصفـان الأخيران عند قاع الجدول يمثلان مجـموعتي اللنثنيـد والأكتينيـد ويظهران فـي الجـدول منفصليـن لأن خواصهمـا متشـابهة لدرجة أنهمــا لا يغطيـان سـوى عنصـرين فقـط فـي الجـدول الرئيســي. ومجموعـة اللنثنيـد عنـاصر معدنيـة نـادرة ويماثلهـا مجموعة الأكتينيد كيميائيًا. ويعتبر اليورانيوم أكتينيدًا. __DEFINE_LIKE_SHARE__

qayed · 01-04-2008, 04:28 AM

االمفاعلات النووية

المقدمة:
تزود الطاقة النووية دول العالم بأكثر من 16% من الطاقة الكهربائية؛ فهي تلبي ما يقرب من 35% من احتياجات دول الاتحاد الأوروبي. فرنسا وحدها تحصل على 77% من طاقتها الكهربائية من المفاعلات النووية، ومثلها ليتوانيا. أما اليابان فتحصل على 30% من احتياجاتها من الكهرباء من الطاقة النووية، بينما بلجيكا وبلغاريا والمجر واليابان وسلوفاكيا وكوريا الجنوبية والسويد وسويسرا وسلوفينيا وأوكرانيا فتعتمد على الطاقة النووية لتزويد ثلث احتياجاتها من الطاقة على الأقل. في حين أن أستراليا التي تمتاز بوفرة مصادرها من الفحم الحجري لا تمتلك محطات نووية لتوليد الطاقة، وإنما لديها محطة أبحاث فقط.
وفي هذا البحث سأقوم بدراسة مثل هذه التفاعلات بذكر أنواعها ومجالات استخدامها والسلبيات الناشئة عن سوء استخدامها ...
فما هي النظائر؟؟ وما هو الانشطار النووي وكيف يحدث؟؟ وكيف يمكن التحكم به؟؟

العرض:
المفاعلات أنواع
ثمة نوعان من المفاعلات النووية: مفاعلات للبحث وأخرى لتوليد للطاقة. تُستخدَم مفاعلات البحث لإجراء الأبحاث العلمية، وإنتاج النظائر لأهداف طبية وصناعية، وهي لا تستخدم لإنتاج الطاقة.

على مستوى العالم هناك 284 مفاعلاً نوويًّا للأبحاث في 56 بلدا، أما مفاعلات الطاقة فيتم استخدامها لتوليد الطاقة الكهربائية.
وتستخدم المفاعلات النووية أيضا كمصانع لإنتاج الأسلحة في البلدان التي تمتلك برامج حرب نووية؛ فيمكن استخدام المفاعلات النووية السلمية لإنتاج الأسلحة النووية وإجراء الأبحاث المتعلقة بها.
تستخدم المفاعلات النووية المخصصة لصناعة الأسلحة مادة بلوتونيوم 239، أما في المفاعلات السلمية فيتم إنتاج نظائر أخرى للبلوتونيوم، مثل بلوتونيوم 240، وبلوتونيوم 241، وبلوتونيوم 238؛ وذلك لأن وقود المفاعل يتعرض لإشعاع النيوترون لفترات أطول، ومن الممكن استخدامها أيضا لإنتاج المتفجرات النووية.

وقد لا تكون هذه المتفجرات بدرجة ثبات المتفجرات المصنعة من البلوتونيوم الأمثل لصنع الأسلحة؛ فقد تنفجر قبل الأوان، ولكن حتى لو حدث ذلك فإن نصف قطر دائرة الدمار الذي يسببه انفجارها هو على الأقل 33% من نصف قطر دائرة دمار قنبلة هيروشيما؛ فهي بذلك مواد تفجيرية ذات قدرات مريعة. (الأكاديمية الوطنية للعلوم)
وتعمل المفاعلات النووية على مبدأ الانشطار النووي وذلك من خلال انشطار نواة الذرة، مما يؤدي إلى إطلاق طاقة حرارية.
وتعتبر مادة اليورانيوم 235 هي الوقود الرئيسي المستخدم في المفاعلات النووية، كما يمكن استخدام البلوتونيوم 239، ويحدث الانشطار النووي لذرات اليورانيوم بإطلاق النيوترونات عليها، وعندما تنشطر بعض الذرات فإنها تطلق النيوترونات، واصطدام هذه النيوترونات مع ذرات أخرى يسبب انشطارها فيتم تحرير المزيد من النيوترونات، وهكذا يستمر رد الفعل المتسلسل مسبباً توليد كمية هائلة من الطاقة الحرارية، ويتم التحكم بمعدل الانشطار النووي في المفاعل باستخدام "قضبان تحكم" التي تقوم بامتصاص بعض النيوترونات المتحررة، فهي تسمح بتنظيم الانشطار النووي والتحكم الآمن به. كما يتم استخدام نظام تبريد مائي للتخلص من الحرارة المفرطة التي تنتج أثناء العملية، ويستخدم البخار الذي تم توليده لتدوير العنفات التي تولد الطاقة الكهربائية.
وتعد كندا والولايات المتحدة الأمريكية وجنوب أفريقيا وأستراليا ونيجيريا من أهم الدول المزوِّدة لليورانيوم.
مميزات الطاقة النووية
إن كمية الوقود النووي المطلوبة لتوليد كمية كبيرة من الطاقة الكهربائية هي أقل بكثير من كمية الفحم أو البترول اللازمة لتوليد نفس الكمية؛ فعلى سبيل المثال طن واحد من اليورانيوم يقوم بتوليد طاقة كهربائية أكبر من تلك التي يولدها استخدام ملايين من براميل البترول أو ملايين الأطنان من الفحم. كما أنه لو تم الاعتماد على الطاقة الشمسية لتوليد معظم حاجة العالم من الطاقة لكانت كلفتها أكبر بكثير من كلفة الطاقة النووية.
تنتج محطات الطاقة النووية جيدة التشغيل أقل كمية من النفايات بالمقارنة مع أي طريقة أخرى لتوليد الطاقة، فهي لا تطلق غازات ضارة في الهواء مثل غاز ثاني أكسيد الكربون أو أكسيد النتروجين أو ثاني أكسيد الكبريت التي تسبب الاحترار العالمي والمطر الحمضي والضباب الدخاني.
إن مصدر الوقود -اليورانيوم- متوفر بكثرة وبكثافة عالية وهو سهل الاستخراج والنقل، على حين أن مصادر الفحم والبترول محدودة. ومن الممكن أن تستمر المحطات النووية لإنتاج الطاقة في تزويدنا بالطاقة لفترة طويلة بعد قصور مصادر الفحم والبترول عن تلبية احتياجاتنا.
تشغل المحطات النووية لتوليد الطاقة مساحات صغيرة نسبياً من الأرض بالمقارنة مع محطات التوليد التي تعتمد على الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح. فقد أكدت اللجنة التنظيمية للمفاعلات النووية على أننا بحاجة إلى حقل شمسي بمساحة تزيد عن 35 ألف فدّان لإنشاء محطة تدار بالطاقة الشمسية لتوليد طاقة تعادل ما تولده المحطة نووية بمقدار 1000 ميجاوات، كما أن مساحة الحقل المعرض للرياح اللازم لمحطة توليد تدار بالرياح لإنتاج نفس الكمية حوالي 150 ألف فدّان أو أكثر. في حين أن محطات التوليد النووية "ميلستون 2 و3" المقامة في ولاية كونيتيكت والتي تتمتع باستطاعة أكبر من 1900 ميجاوات تشغل مساحة 500 فدان ومصممة لتستوعب ثلاث محطات توليد".
مساوئ الطاقة النووية
يؤدي استخدام الطاقة النووية إلى إنتاج النفايات ذات الفعالية الإشعاعية العالية؛ فبعد أن يتم انشطار معظم اليورانيوم -الوقود المستهلك- يُزال من المفاعل ويُخزَّن في بحيرات تبريد، وتقوم هذه البحيرات بامتصاص حرارة الوقود المستهلَك وتخفيض درجة إشعاعيته؛ ثم تتم إعادة معالجته من أجل استرجاع اليورانيوم والبلوتونيوم غير المنشطرَين واستخدامهما من جديد كوقود للمفاعل، وينتج عن هذه العملية نفايات ذات فعالية إشعاعية عالية المستوى (hlw). يتم إعادة معالجة الوقود المستهلَك بشكل روتيني في مفاعلات برامج الدفاع لاستخدامه في إنتاج الأسلحة النووية، ووفق ما ذكرته وكالة حماية البيئة (epa) فإن النفايات عالية الإشعاعية (hlw) الناجمة عن برامج الدفاع تشكل أكثر من 99% من إجمالي حجم (hlw) في الولايات المتحدة الأمريكية. وإن كلاً من فرنسا وبلجيكا وروسيا والمملكة المتحدة تملك وحدات خاصة بها لإعادة معالجة الوقود المستهلَك. وتقوم اليابان باستخدام الوقود المعاد معالجته في أوروبا.
ووفق ما ذكرته الوكالة الدولية للطاقة الذرية (iaea) فإن تقديرات نهاية عام 1997 تشير إلى أن كمية الوقود المستهلَك الناجم عن مفاعلات الطاقة التي يتم تخزينها عالميًّا والتي تزيد على 130 ألف طن، تحتوي قرابة ألف طن من البلوتونيوم، كما أن بعض العناصر الموجودة في الوقود المستهلَك وفي النفايات مثل عنصر البلوتونيوم، هي ذات فعالية إشعاعية عالية وتبقى كذلك لمدة آلاف السنين. ولا يوجد حاليًّا نظام آمن للتخلص من هذه النفايات.
وإن الخطط المقترحة للتخلص من النفايات عالية الإشعاعية وتخزينها لا تضمن حماية كافية للأفراد أو للمياه الجوفية من التلوث الإشعاعي.
وضمن الحوادث المتعلقة بالمفاعلات النووية حدوث تسرب إشعاعي جزئي في مفاعل "ثري مايل آيلاند" النووي قرب بنسلفانيا عام 1979، وذلك نتيجة لفقدان السيطرة على التفاعل الانشطاري؛ وهو ما أدى لانفجار حرر كميات ضخمة من الإشعاع، ولكن تمت السيطرة على الإشعاع داخل المبنى، وبذلك لم تحدث وفيات عندها، ولكن الحظ لم يحالف حادثة التسرّب الإشعاعي المشابهة في محطة الطاقة النووية في تشيرنوبل بروسيا عام 1986، فقد أدت إلى مقتل 31 شخصاً وتعريض مئات الآلاف إلى الإشعاع، ويمكن أن يستمر تأثير الإشعاعات الضارة بحيث تؤثر على الأجيال المستقبلية.

الخاتمة:
هكذا فإن للمفاعلات النووية دور كبير في مجال الحياة ،، فهي تخدم البشرية في مجالات كثيرة ،، إلا أنها على الرغم من تزايد تطبيقات التفاعلات النووية خلال السنوات الأخيرة إلا أن التشاؤم ما زال يعم العالم خوفاً من سوء استخدامها كأسلحة فتاكة أو حدوث كوارث في المفاعلات النووية كما حدث في الولايات المتحدة الأمريكية عام 1979 وحادث تشارنوبل في منطقة (( كيف )) في منطقة أوكرانيا بروسيا عام 1986. __DEFINE_LIKE_SHARE__

qayed · 01-04-2008, 04:28 AM

النشاط الإشعاعي الطبيعي
Natural Radioactivity

المقــدمـة:
إن الله عز وجل جعل كل شي بمقادير معينة ومعلومة، وبالتالي فإن ما نتعرض له من إشعاع طبيعي ما هو إلا حكمة من عند الله العزيز العليم . فقد قال في كتابة الكريم : وإن من شيء إلاعندنا خزائنه وما ننزله إلابقدر معلوم ( الحجر:21)

العــــرض:
لم يعرف الإنسان النشاط الإشعاعي الطبيعي إلا بعد أن اكتشف على يد الفيزيائي الفرنسي بكريل في آذار من عام 1896م، وكان ذلك بمحض الصدفة، حيث وجد بيكريل أثناء قيامة بأحد أبحاثه على ظاهرتي الفسفرة والفلورة، أن المواد التي تحتوى على أملاح اليورانيوم تؤثر على الألواح الفوتوغرافية التي كان يستخدمها في بحثه. وقد استغرب بيكريل من هذه الظاهرة الجديدة، حيث أنه وضع الألواح الفوتوغرافية في غلاف محكم ومعتم . وتوالت الأبحاث بعد ذلك لمعرفة طبيعة هذه الإشعاعات الغريبة ذات النفاذية العالية، حيث قام كل من بيكريل ومدام كوري ورذرفورد وآخرون باكتشاف عناصر مشعة أخرى، ووجد أن هناك ثلاثة أنواع مختلفة من الإشعاعات أو الجسيمات، وهي جسيمات ألفا وبيتا وإشعاعات جاما حيث عرف فيما بعد أن جسيمات ألفا ما هي إلا عبارة عن نواة ذرة الهليوم وجسيمات بيتا ما هي إلا إلكترونات أما إشعاعات جاما فقد وجد أنها عبارة موجات كهرمغناطيسية مشابهة للأشعة السينية ولكن الفرق بينهما أن إشعاعات جاما مصدرها النواة ولكن الأشعة السينية مصدرها مدارات الذرة ، علما بأن الأشعة السينية اكتشفت قبل عدة أشهر من اكتشاف النشاط الإشعاعي النووي على يد الفيزيائي الألماني رونتجن. وقد وجد أن العديد من العناصر الثقيلة وخاصة ذات العدد الذري الأكبر من 82 نشطة إشعاعيا، وذلك يرجع إلى كون عدد البروتونات فيها كبير مما يجعل قوى التنافر الكولومي كبيره. ولو أخذنا اليورانيوم كمثال للعناصر الطبيعية وتتبعنا انحلاله لوجدنا انه ينحل حسب التفاعل التالي :-

238U -------> 234Th + 4He
حيث نجد لدينا نظيرا جديدا مشعا هو الثوريوم-234 إضافة إلى انطلاق جسيمة ألفا. وبعد ذلك ينحل الثوريوم إلى عنصر مشع هو البروتكتنيوم مطلقا جسيمة بيتا بالإضافه إلى النيترينو والذي هو عبارة عن جسيم متعادل الشحنة وله كتلة سكون مساويه للصفر .
إن ما سبق ذكره ما هو إلا بداية لسلسة متتالية من الانحلالات تعرف باسم سلسلة اليورانيوم-238 حيث تنتهي بنظير الرصاص-206 المستقر . علما بأن هذه السلسة تحوى غاز الرادون-222 المشع.
يوجد بالإضافة إلى تلك السلسلة ثلاث سلاسل إشعاعية أخرى وهي سلسلة الثوريوم- 232 وسلسلة اليورانيوم- 235 أو كما يطلق عليها البعض سلسلة الأكتنيوم، أما السلسلة الرابعة فهي سلسلة النبتونيوم وهي غير موجوده في الطبيعة في وقتنا الحاضر. ولكن علماء الفيزياء أكدوا وجود هذه السلسلة فى بداية تكون الكره الأرضية ولكن بسبب أن العمر النصفي لأطول عناصرها يكون اصغر بكثير من عمر الأرض فإن هذه السلسة اختفت من الوجود. وبالإضافه الى تلك السلاسل الإشعاعية الطبيعية يوجد أيضا في الطبيعة نظائر مشعة لا تتبع تلك السلاسل وهي على الأقل 22 عنصرا مشعا أهمها هو البوتاسيوم -40 المشع لبيتا والروبيديوم-87 المشع لبيتا أيضا.

إن القشرة الأرضية تحوي في مكوناتها تلك السلاسل الإشعاعية بالإضافة إلى العناصر المشعة المستقلة. وبالتالي نستطيع القول أن الأرض التي نعيش عليها هي أحد المصادر الرئيسية للإشعاع الطبيعي، أما المصدر الثاني للإشعاع الطبيعي فهو الاشعه الكونية التي اكتشفها الفيزيائي الأمريكي هس في عام 1911م. وهذه الأشعة هي في الحقيقة ناتجة من التفاعلات النووية الهائلة التي تحدث في النجوم. وتتكون الأشعة الكونية من بروتونات وجسيمات ألفا وبيتا ونوى أخرى حيث تتفاعل مع نوى ذرات الغلاف الجوي للأرض مما يولد إشعاعات جاما وإلكترونات سريعة بالإضافه إلى النيترونات والميزونات. وبما أن هذه الإشعاعات متأينة فإنها تتأثر بالمجالات المغناطيسية للأرض مما يجعل منطقة القطبين أكثر تأثرا من المنطقة الاستوائية، وأيضا كلما ارتفعنا عن مستوى سطح البحر زادت الجرعة من هذه الإشعاعات.

إن جسم الإنسان بطبيعته مشع وذلك ناتج عن بعض مكوناته، وبسبب ما يتعرض له الجسم من إشعاع طبيعي عن طريق الأكل والتنفس وغيره، حيث يوجد البوتاسيوم-40 المشع في جسم الإنسان بنسبة 15% من مجموع الجرعات الإشعاعية، وكذلك يوجد الكربون-14 المشع بنسبة تركيز ثابتة في جميع الكائنات الحية، ولكن تلك النسبة الثابتة بدأت تتغير مع بزوغ عهد التفجيرات النووية .
إن الخطر الرئيسي على الإنسان يأتي من غاز الرادون-222 المشع ووليداته، حيث يشكل الرادون 70% من معدل الجرعة التي يتعرض لها الإنسان، وهذا الخطر يكمن في أربعة جوانب:-

1- أن غاز الرادون خامل فلا يتفاعل.
2- وليدات الرادون تكون في حاله صلبه مما يودي الى ترسبها في الرئتين.
3- غاز الرادون أثقل من الهواء سبع مرات ونصف مما يودي إلى وجوده في الأسفل دائما.
4- طول العمر النصفي لغاز الرادون بالنسبة لنظائره الأخرى حيث يبلغ 3.8 يوما .

الخــاتمــة:
هكذا فقد تعرضنا إلى ماهية النشاط الإشعاعي وتاريخ معرفته ،، وان العناصر التي يرتفع فيها قيمة العدد الذري تكون نشطة إشعاعياً وذلك يرجع لقوى التنافر بين البروتونات ،، كما أن هذه العناصر بانحلالها تكون عناصر مشعة أخرى وعناصر ألفا أو بيتا أو جاما ،، أما عن مصادر هذه الإشعاعات في القشرة الأرضية والأشعة الكونية ،، كما أن جسم الإنسان نفسه يكون مشعاً ... __DEFINE_LIKE_SHARE__

qayed · 01-04-2008, 04:28 AM

بحث عن الفوليرين

الكثير من السناج مع العديد من جزيئات الفوليرين

عاد كروتو إلى إنجلترا وحاول أن يصنع كمية معقولة من C60 لكي يتمكن من إجراء تحاليل على البنية التركيبَّية للجزيء. وكان ذلك في أواخر الثمانينيات من القرن الماضي ، عندما انخرطت أنا وجوناثان هير في دراساتنا لما بعد االدكتوراه في الكيمياء. وقد عمل جوناثان مع كروتو في عزل C60 وقمت أنا بانشاء نموذج لمحاكمة سلوك عناقيد الكربون في مجموعة الكيمياء النظرية التابعة لجون موريل.

أدت التجارب التي استمرت عدة اسابيع باستخدام قوس الكربون في وعاء على شكل جرس م***ء بالهيليوم إلى الحصول على السناج المحتوي على C60 بكميات اكبر مما هو متوقع ، وعندئذ استخلص جوناثان محلولا جميلا أحمر اللون من سناج الكربون يحتوي أساسا علىC60.

ولكن قبل تسجيل تلك الاكتشافات ، تلقى هاري كروتو رسالة بالفاكس تطلب منه تقييم بحث علمي أرسله إلى مجلة " Nature " فريق ألماني / أمريكي مكوَّن من ولفجانج كريتسكمر ودون هوفمان اللذين توصلا إلى تكوين بلُّورة C60 وحددا تركيبها باستخدام الأشعة السينية. وكان ما أصاب كروتو بالرعب، هو أن البحث تضَّمن كل النتائج التي كان يأمل في التوصل إليها بنفسه!

محلول مستخلص
من سناج الكربون

جوناتان هير

وكانت طريقة قوس الكربون طريقة بسيطة لإنتاج C60 ! ومع نشر مقالة كريتسكمر وهوفمان، بدأت المجموعات البحثية في كل أنحاء العالم في بناء مولدات للفوليرين بقوس الكربون وبدأت في بحث هذا الجزئ الخَّلاب . حتى المدارس نجحت في تحضير C60.

أما المهتمون بالنواحي النظرَّية مثل باتريك فولر (إكستر،المملكة المتحدة) فقد تساءلوا عن عدد جزيئات الفوليرين الممكنة وكيف يمكن تحضيرها بتلك السهولة، وقد ساهمت في النقاش الأخير بمقالة في مجلة العلوم "Science" بعنوان الحفز الذاتي أثناء نمو جزئ الكربون

ولكن مازال هناك المزيد حول هذا الموضوع! فقد اتضح بعد فترة وجيزة أن هناك تركيبات كروية يمكن العثور عليها في السناج مثل C70 وهي تشبه إلى حد ما كرة الرجبي التي يلعبونها في أمريكا.

أعلى : جزئ C70
أنقر على رسم الجزئ لتراه من جميع النواحي (يلزم وجود برنامج تشايم)

أسفل : الأنبوبة النانومترية)
الأنابيب الثانومترية كما تظهر في المجهر الإلكترون

كما أن الأكثر إثارة أنه عند تغيير طاقة قوس الكربون لكي يصبح التيار مستمرا بدلا من التيار المتردد ، فإن من الممكن الحصول على هياكل أنبوبية غريبة الشكل في أحد الرواسب على القطب. وهذه الأنابيب مكوَّنه بالكامل من الكربون، وتمَّت تسميتها الأنابيب النانومترية وذلك نظرا لقطرها الذي يبلغ عدة نانومترات، وقد تمت مشاهدتها كتابة تقرير عنها للمرة الأولى عام 1991 بواسطة العالم الياباني سوميو ليجيما

ومنذ ذلك الحين تم اقتراح عدة طرق أخرى لإنتاج جزيئات الكربون المكونة من الأنابيب النانومترية، وهي تشتمل
عمل تحليل كهربي باستخدام أقطاب من الجرافيت في أملاح منصهرة ؛
*
تحليل حراري مُحفِّز للهيدروكربونات؛ *
تبخير للجرافيت باستخدام الليزر. *

يمكن عمل أنبوبة نانومترية مستقيمة ذات جدار واحد بلف رقيقة جرافيتيَّة علىاسطوانة. ويمكن عمل ذلك بطرق مختلفة، وسوف نحصل على أنواع مختلفة من الأنابيب النانومترية (تسمى " ذراع المعقد " و" الزجزاج " و " عدم التماثل"). وطبقا للترتيب المحدد تكون لهم خواص إلكترونية مختلفة، فبعضها يُتوقَّع أن يكون معدنيا بينما يكون البعض الآخر أشباه موصلات.

الأنابيب النانومترية كما تظهر في المجهر الإلكتروني

يستطيع المرء أيضا أن يدُخل " عيوبا " في الأنبوبة المستقيمة ، التي تتكوَّن من ذرات كربون ترتبط على سبيل الحصر في أنماط مسدسه ، وذلك بإضافة أو تقليل رابطة كربون واحدة. ويمكن للأشكال الخماسية والسباعية إدخال انفتال أو انحناء أو ما شابه ذلك. ولذا يمكن خلق أشكال حلزونية نانومترية ، وكعكات نانومترية ونهايات مغطاة للانابيب، والنهايات المغطاة للأنابيب... والتي قد تمت مشاهدتها جميعاً.

واتضح أن تلك الأنابيب النانومتريَّه قويَّة بدرجة لا تُصدَّق – فهي أقوى بمئات المرات من الصلب، ويرجع ذلك جزئيا إلى شكلها الهندسي المسدس ، والذي يمكنه توزيع القوى والتشوهات بسبب قوة رابطة الكربون – كربون وكما سبق ذكره، فإن لهم خواص إلكترونية غير عاديَّة وتم التوصل إلى الأجهزة الإلكترونية البسيطة مثل الأقطاب الثنائية والمفاتيح و الترنزستورات باستخدام الأنابيب النانومتريه التي كانت أصغر بكثير من مكافئاتها من السيليكون والمستخدم في تصنيع شرائح الحاسب الآلي الآن.

يتواصل البحث الآن لإنتاج أنابيب نانومترية من الكربون بطريقة يعتمد عليها وفي ظروف إنتاج محدده. وعند التوصل إلى هذه الطرق، فإن الأنابيب النانومتريه سوف تظهر في الأجهزة وكذلك في مواد ذات قوة خارقة __DEFINE_LIKE_SHARE__

qayed · 01-04-2008, 04:29 AM

ما هو التهجين ؟

التهجين مصطلح ارتبط ارتباطاً وثيقاً بعلم الأحياء وبالذات في دروس الوراثة وموضوعات تحسين النسل ، وكما هو معروف فإن المقصود بالتهجين في علم الأحياء هو عملية تزاوج تتم بين سلالتين ذات صفات معينة للحصول على سلالة جديدة ذات صفات أكثر جودة .
أما التهجين في الكيمياء فيقصد به بالطبع شيء آخر _ وإن كان هناك تقارب في المفهوم العام _ وهو عملية الحصول على مجالات ذرية جديدة في ذرة عنصر ما نتيجة دمج مجالات ذرية معينة موجودة في مستوى طاقة معين .
ففي ذرة الكربون مثلاً يمكن أن يحدث ثلاثة أنواع من التهجين ، يتم في النوع الأول دمج مجال واحد من نوع S مع ثلاث مجالات من نوع P في مستوى الطاقة الرئيسي الثاني ليتكون أربع مجالات مهجنة جديدة من نوع SP3 .
وفي النوع الثاني يندمج مجال واحد من نوع S مع مجالين من نوع P ليتكون ثلاث مجالات مهجنة من نوع SP2 .
وفي النوع الثالث يندمج مجال واحد من نوع S مع مجال واحد من نوع P ليتكون مجالين مهجنين من نوع SP .
ومن المهم أن نشير هنا إلى أن عملية التهجين هذه تتم داخل ذرة العنصر عند دخولها التفاعل الكيميائي وبإرادة الله عز وجل دون تدخل من الكيميائي الذي يقوم بإجراء التفاعل كما يتوهم البعض .
وقبل أن نبدأ في تفصيل ما أجمل سابقاً حول التهجين في ذرة الكربون من المهم أن نتعرف على بعض الحقائق التي اثبتتها دراسة أشعة X والتي تمت على بعض الجزيئات فعلى سبيل المثال وجد أن جميع الروابط التي تربط بين الكربون والهيدروجين في جزيء الميثان روابط متشابهة والزاوية بينهاتساوي 109.5 درجة ، بينما الزوايا في الايثيلين 120 درجة وفي الاسيتلين 180درجة .
وفيما يلي تفصيل لعملية التهجين في الكربون :

أولاً : التهجين في ذرة الكربون المشبعة ( في الالكانات ) .

من المعروف أن التوزيع الالكتروني العادي لذرة الكربون ذات الستة الكترونات هو :
1S2 2S2 2P2
ووفق قاعدة هند يصبح التوزيع الالكتروني للكربون كالتالي :
1S2 2S2 2Px1 2Py1

السؤال الآن هل يمكن لذرة الكربون في الميثان مثلاً أن ترتبط بالهيدروجين وفق هذا التوزيع ؟

الجواب بالطبع لا ... لأن ذرة الكربون هنا تحتوي على مجالين نصف ممتلئين فقط ولو ارتبطت بهذا التوزيع مع الهيدروجين لتكون لنا جزيء صيغته CH2 وهذا الجزيء لا وجودله .

ولكي ترتبط ذرة الكربون بأربعة ذرات هيدروجين وتكون جزيء الميثان يجب أن يكون هناك أربعة مجالات نصف ممتلئة يحوي كل مجال الكترون واحد .

هذا الكلام معقول إذاً المشكلة الآن هو لابد من توفر أربعة مجالات نصف ممتلئة بالالكترونات وهذا ممكن فبالامكان أن ينتقل الكترون من المجال 2S إلى المجال 2P لتتكون ذرة كربون مثارة بحيث تتوزع فيها الالكترونات كالتالي :

1S2 2S1 2Px1 2Py1 2Pz1

ولكن هذا التصور أيضاً غير صحيح فلو ارتبطت ذرة الكربون المثارة هذه بالهيدروجين فسيتكون فعلاً جزيء صيغته CH4 ولكن ستكون هناك رابطة واحدة مختلفة كما أن الزوايا الناتجة لن تكون 109.5 درجة بل ستكون 90درجة .

إذاً كيف ترتبط ذرة الكربون بالهيدروجين في الميثان ؟؟؟

الجواب عند نظرية التهجين التي تقول أنه لكي ترتبط ذرة الكربون بأربعة ذرات هيدروجين وتكون جزيء الميثان يجب أن يتوفر في ذرة الكربون أربعة مجالات متشابهة ونصف ممتلئة وتكون الزوايا بينها 109.5 درجة وهذايتأتى بدمج المجال S الموجود في مستوى الطاقة الثاني مع ثلاث مجالات من نوع P لتتكون أربعة مجالات جديدة من نوع SP3 بحيث تكون هذه المجالات الاربع في أركان هرم رباعي السطوح والزوايا بينها 109.5 درجة .

بحيث يكون التوزيع الالكتروني لذرة الكربون المشبعة كالتالي :
1S2 2( SP3)1 ( SP3)1 ( SP3)1 ( SP3)1

وبهذا التصور يتكون جزيء الميثان CH4 الذي يتخذ شكل هرم رباعي السطوح منتظم في الفراغ وتكون جميع الروابط الاربعة متشابهة والزوايا بينها 109.5 درجة وهذا ما أشارت إليه دراسات أشعة X التي اجريت على جزيء الميثان .

ثانياً : التهجين في ذرة الكربون غيرالمشبعة ( في الالكينات) .

في ذرة الكربون التي ترتبط برابطة ثنائية فإنه يتم دمج مجال من نوع S مع مجالين فقط من P ليتكون ثلاث مجالات من نوع SP2 ويظل مجال من نوع P خارج عملية التهجين وتكون هذه المجالات الثلاث في أركان مثلث متساوي الاضلاع والزوايا بينها 120 درجة .

وعند تكوين جزيء الايثيلين مثلاً فإن أحدهذه المجالات الثلاث من نوع SP2 تكون رابطة من نوع سيجما بينما يدخل المجال P الذي لم يشارك في عملية التهجين في تكوين الرابطة باي .

وبهذا يصبح التوزيع الالكتروني لذرة الكربون غير المشبعة في الالكينات كالتالي :
1S2 2( SP2) 1( SP2) 1( SP2) 1 Pz1

ثالثاً : التهجين في ذرة الكربون غيرالمشبعة ( في الالكاينات ) .

في ذرة الكربون التي ترتبط برابطة ثلاثية فإنه يتم دمج مجال من نوع Sمع مجال واحد فقط من نوع P ليتكون مجالين من نوع SP ويظل مجالين من نوع P خارج عملية التهجين وتكون هذين المجالين في شكل مستقيم والزاوية بينها 180 درجة .

وعند تكوين جزيء الاسيتلين مثلاً فإن أحد هذين المجالين من نوع SP تكون رابطة من نوع سيجما بينما يدخل المجالين P الذين لم يدخلا في عملية التهجين في تكوين رابطتين من نوع باي .

وبهذا يصبح التوزيع الالكتروني لذرة الكربون غير المشبعة في الالكاينات كالتالي :

1S2 2( SP )1( SP )1 Py1 Pz1 __DEFINE_LIKE_SHARE__

المواضيع المتشابهه
الموضوع	كاتب الموضوع	المنتدى	مشاركات	آخر مشاركة
- [ تقارير وبحوث في مادة الدول ] - ‏ ‏	qayed	البحوث والتقارير	12	02-15-2009 02:37 AM
- [ تقارير وبحوث في مادة الاحياء ] - ‏ ‏	qayed	البحوث والتقارير	41	01-17-2008 06:05 PM
- [ تقارير وبحوث في مادة الفيزياء ] - ‏	qayed	البحوث والتقارير	34	01-17-2008 05:43 PM
- [ تقارير وبحوث في علم النفس ] -	qayed	البحوث والتقارير	20	01-05-2008 01:01 AM
- [ تقارير وبحوث في مادة الانجليزي ] -	qayed	البحوث والتقارير	6	12-31-2007 03:27 PM