کربن         

کربن به دوشکل بلوری  الماس و گرافیت وجود دارد.خواص فیزیکی الماس وگرافیت  به دلیل تفاوت در ساختار بلوری کاملا متفاوت است.

 آب حياتي ترين سرمايه زندگي و بدون جايگزين مي باشد . ماده اي است بي رنگ ، بي بو، بي طعم ، در حالت خالص داراي P^H تقريباً 7 ، چگالي تقريباً 1g/cm ٬ در دماي 25 درجه سانتيگراد و فشار 1 اتمسفر ، در 100 درجه سانتيگراد به جوش مي آيد و در 4 درجه كاهش چگالي مي دهد و در صفر درجه يخ مي بندد.
آب در كره زمين بطور مدام به صورت باران و تبخير در جريان بوده و از يك چرخه بسته اي تبعيت مي كند . مقدار آب از ابتداي تشكيل كره زمين تاكنون همواره ثابت بوده است .

 درهر مولكول آب يك  اتم اكسيژن دو الكترون جفت نشده لايه ظرفيت خودرا با الكترون لايه ظرفيت دو اتم هيدروژن به اشتراك مي گذارد . اين اتم ها توسط پيوند كووالانس به هم متصل مي شوند . فرمول شيميايي مولكول آب H₂O است . اتم هاي هيدروژن داراي بار مثبت  دردو طرف اكسيژن با زاويه اي نزديك به 105 درجه قرارگرفته اند. و در دو طرف ديگر دوجفت الكترون هاي نا پيوندي اكسيژن قرار دارند.  اين وضعيت  حالتي قطبي به مولكول مي دهد .به علت قطبي بودن ٬ مولكول ها مي توانند مولكول هاي ديگر رابه سوي خود جذب نمايند. هرمولكول آب حداكثر به چهار مولكول آب ديگر توسط پيوند هيدورژني  متصل مي شود .

 پيوند هيدروژني  نيروي ضعيفي بين اتم H و اتم الكترونگاتيو مانند N ,O ,F ازمولكول ديگر مي باشد.دراين تركيب ها اتم الگترونگاتيو جاذبه شديدي بر الكترون هاي پيوندي اعمال مي كند درنتيجه هيدروژن متصل به آن ها بارجزيي مثبت ( + δ)واتم الكترونگاتيو بار جزيي منفي (- δ )  قابل ملاحظه ايي كسب مي نمايد . كاهش ابر الكتروني روي اتم هيدروژن سبب مي شود كه اين اتم تمايل زيادي به جذب الكترون داشته باشد .ازطرفي افزايش تراكم ابر الكتروني روي عنصر الكترونگاتيو  و وجود جفت الكترون هاي ناپيوندي روي آن سبب مي شود كه اين اتم تمايل به دادن الكترون ناپيوندي خود داشته باشد .

ازاين رو هنگامي كه اين مولكول ها در كنار يكديگر قرار مي گيرند اتم هيدروژن يك مولكول جفت الكترون ناپيوندي مولكول ديگر را به سوي خود مي كشد .جاذبه ايي به وجود مي آيد .( انتقال الكترون ويا اشتراك الكترون صورت نمي گيرد.)كه به آن نيروي هيدروژني مي گويند.تركيب هايي كه بين مولكول هاي آن نيروي هيدروژني وجود دارد٬ نسبت به تركيب هاي مشابه خود خواص غير عادي نشان مي دهند.

مولكول هاي آب درحالت مايع درحال حركت نامنظم هستند . به اين ترتيب كه مرتبا پيوند هاي هيدروژني بين آن ها درحال تغيير وتبديل مي باشد. تعداد پيوند هاي هيدروژني هر مولكول آب به دما بستگي دارد . انرژي جنبشي مولكول ها با افزايش دما افزايش مي يابد .هرچه دما بيشتر شود ٬ ازتعداد پيوند هاي هيدروژني نيز كاسته مي شود. فقط درحالت جامد( يخ) كه انرژي جنبشي مولكول ها به حداقل خود مي رسد بين مولكولها ي آب چهار پيوند هيدروژني  وجود دارد. ومولكول ها درشبكه كريستالي ثابتي  و به شكل  تتراهدرال قرارمي گيرند .

تشكيل پيوند هيدروژني بين مولكول هاي آب به اين مولكول خواص ويژه ايي مي بخشد كه آن را ازمولكول هاي مشابه  متمايز مي كند. بعضي از اين خواص عبارتند از

1- آب ظرفيت گرمايي بالايي دارد. به عبارتي ديگر مي‌تواند گرماي زيادي را جذب كند يا از دست بدهد بدون اينكه درجه حرارت تغيير كند. هرچه نيروي بين مولكول هاي جسمي قويتر باشد جنب وجوش مولكول ها كمتر بوده وبراي افزايش دما به گرما ي بيشتري نياز دارد.
«ظرفيت گرمايي» يک جسم ، گرماي مورد نياز براي افزايش دماي آن به اندازه يک درجه سلسيوس است.

«ظرفيت گرمايي مولي » مقدار گرماي لازم براي افزايش دماي يک مول از يک ماده به اندازه يک درجه سلسيوس درفشار ثابت ويا درحجم ثابت است و يکاي  آن  ^-1 C ْ ^-1  j.mol  مي باشد

«ظرفيت گرمايي ويژه» گرماي مورد نياز براي افزايش دماي يک گرم از جسمي به اندازه ي يک درجه سلسيوس  است.يکاي ظرفيت گرمايي     j . C^-1 . g ^-1 و يا      j  g^-۱ . K^-۱ است.

 (  θt  تغيير دما × m  جرم جسم )  / q   مقدار گرماي مبادله شده = C  ظرفيت گرمايي ويژه

2- آب گرماي نهان بالايي دارد. گرماي نهان٬ انرژيي است كه مقدار معيني  ( يك گرم ويا يك مول ) از جسم مي گيرد . و بدون تغيير دما از حالتي به حالت ديگرتبديل  مي شود .

3-آب در حالت جامد كم چگالتر از مايع مي‌باشد، به علت تشكيل حفره هاي توخالي در شبكه كريستالي يخ ٬ حجم درحالت جامد افزايش مي يابد . به همين علت يخ سبكتر از آب درحالت مايع است .

4-  آب يك حلال مناسب نه تنها براي تركيب هاي قطبي  و يوني مي باشد. بلكه بعضي مواد را به كمك پيوند هيدروژني درخود حل مي نمايد .همچنين  گازهايي نظير اكسيژن و دي اكسيد كربن نيزدرحفره هاي به وجودآمده درنتيجه پيوند هيدروژني به دام مي اندازد. ودرنتيجه اثر القايي درخود نگه مي دارد .يكي از عللي  كه در دماهاي پايين تر ميزان انحلال گاز ها در آب افزايش مي يابد.٬ همين علت است.

5- آب داراي كشش سطحي است. نیروی هیدروژنی بین مولکول های آب درسطح مایع مانند یک پوسته نازک عمل می نمایند به طوری که این اجازه رابه آب می دهند که بتواند اجسام نازک مانند یک تیغ ریش تراشی ویاگرد موادی نظیر کربن ویا یک پشه را علیرغم جرم حجمی بیشتر درسطح خودنگه دارند.

6- آب ويسكوزيته يا غلظت دارد. مقاومت بين لايه‌ها ی مایع را ويسكوزيته  (گرانروی ) يا غلظت ناميده مي‌شود .

 آب خالص خنثی و   P^H  آن  برابر باهفت است . مولکول های آب به مقدار جزیی  یونش می یابند ( تقریبا ازهر 555 میلیون مولکول دوعدد ودریک زمان بسیار کوتاه ) . اما از آنجا که تعداد مول هایعنی غلظت ⁺ OH ^- , H  باهم برابر است . آب خالص خنثی خواهد ماند.   لازم بتذکر است که یون   ⁺  H به دلیل کوچکی بیش از حدو تراکم زیاد  بار الکتریکی درآن جاذبه شدیدی برجفت الکترون ناپیوندی مولکول آب وارد می کند و    در  محلول آبی آبپوشیده  می شود وبهمین علت حداقل بایک مولکول آب دیگر پیوندداده وبه صورت یون  ⁺ H₃O  درمی آید .

   معادله تفکیک یونی آب را غالبا به صورت زیر نشان می دهند .  

                        ( H₂O  ( l ) +     H₂O ( l )  <=====>  H₃O⁺ ( aq ) +  OH ^-   (aq   

                                                     ^14- 10 ×1  =  [^- K_W  = [H₃O⁺].[OH                  

شواهد نشان می دهد . که  بابیش از یک مولکول آب می تواند پیوند هیدروژنی برقرار نموده و یون های  ⁺H₅O₂    و  ⁺H₇O₃     و   ⁺H₉O₄  را  تشکیل دهد.

باکلیک در اینجافلش زیبایی درمورد آب خواهید دید که اطلاعات خوبی درباره چگونگی تشکیل آب  نحوه نمایش این مولکول و پیوند هیدروژنی و محاسبه  P^{H ......} به شما می دهد .امیدوارم خوشتون بیاد. نظر خودتون را دراین باره بیان نمایید .

اصول طیف سنجی جرمی (اسپكترومتري جرمي )

یک ذره باردارمتحرک باسرعتی یکنواخت درخلا ء تحت تاثیر یک میدان مغناطیسی نیرویی تحمل می کند که سبب تغییر مسیرش می شود.انحراف ذره ازمسیراولیه بستگی به جرم وبارالکتریکی ذره دارد.اگر سرعت ذره باردارتحت تاثیر یک میدان الکتریکی به اختلاف پتانسیل V تشدید شده باشد انرژی جنبشی ذره دراثراین میدان عبارت است از       (1 )     mv² /2  =V.e 

 که دراین رابطه  e و m و v   به ترتیب بار وجرم وسرعت ذره می باشد.طيف نگارجرمي يون هارابرحسب مقادير m/e  ازيكديگر جدا مي كند. در حضور یک میدان مغناطیسی ، یک ذره باردار مسیر منحنی شکلی را خواهد داشت. معادله‌ای که شعاع این مسیر منحنی شکل را نشان می‌دهد به صورت زیراست    :                                                 ( 2)       r = mv / eH

که r شعاع انحنای مسیر و H شدت میدان مغناطیسی است.   باحذف v ازبين دومعادله فوق٬ معادله اساسي اسپكترومتري هاي جرم ساده را بدست مي دهد.          m / e = H²R² / 2V      

این معادله نشان مي دهد که شعاع مسيريون٬ مي تواند در اثر تغيير  H ويا V تغيير نمايد. معمولا H  را متغير انتخاب مي نمايند.

رفتار و عمل یک یون را در بخش تجزیه‌گر جرمی یک طیف سنج جرمی توسط اين معادله مي توان توجیه نمود .      

اصول عمليات

دراسپكترومتري جرمي موادي كه توسط كروماتوگرافي گاز جداسازي شده اند  شناسايي واندازه گيري مي گردند .به اين  صورت كه٬  گازهاي خارج شده ازستون مويينه ( GC ) يكي يكي مستقيما واردمخزن يونش  دستگاه طیف سنج جرمی مي شوند . درقسمت هايي از دستگاه چون مخزن يون و جمع كننده و ....بوسيله پمپ ٬ خلاء ايجاد مي كنند.وقتي كه دستگاه طیف سنج جرمی كار مي كند .جریان یکنواختی از بخار مولکول ها از روزنه مولکولی به محفظه یونش وارد مي شوند و توسط جریانی از الکترون های پرانرژی بمباران شده وتبديل به يون هاي مثبت مي گردند.  در محفظه یونش الکترون های پرانرژی دارای انرژی معادل 70 میکرون - ولت هستند. و از یک "سیم باریک"  که تا چند هزار درجه سلسیوس گرم ‌شده است٬ ساطع می‌شوند.

 یک "صفحه دافع" که پتانسیل الکتریکی مثبت كمي دارد، یونهای مثبت  را به طرف "صفحات شتاب دهنده" هدایت می‌کند.

 مولکول های نمونه که یونیزه نشده اند.  بطور مداوم توسط مکنده‌ها یا پمپهای خلا٬ که به محفظه یونش متصل هستند، خارج می شوند. بعضی از این مولکولها از طریق جذب الکترون به یونهای منفی تبدیل می‌شوند. این یونهای منفی توسط صفحات دافع جذب می‌گردند.

 ممکن است که بخش کوچکی از یونهای تشکیل شده بیش از یک بار داشته باشند، (از دست دادن بیش از یک الکترون) اینها مانند یونهای مثبت تک ظرفیتی ، شتاب داده می‌شوند.

پرتوي يون هاي مثبت در یک میدان الکتریکی باقدرت چندين هزار ولت شتاب داده می‌شوند. درنتیجه  این عمل ، پرتویی از یونهای مثبت سریع تولید می شود. این یونها توسط یک یا چند "شکاف متمرکز کننده"  یکنواخت ومتمركز می‌شوند.اگر ولتاژاين ميدان ثابت نگهداشته شود٬ تمام يون هايي كه m/e  مساوي دارند   ٬ باسرعت يكسان وارد يك ميدان مغناطيسي مي شوند.و بسته به نسبت بار/جرم  جدا می‌گردند.

اگر شدت ميدان  ( ‌ H) رابه ميزان ثابتي افزايش ويا كاهش دهند نيروي اعمال شده بوسيله ميدان مغناطيسي افزايش وياكاهش مي يابد وپرتوهاي جداشده هريك به نوبت ازشكاف عبورنموده وبه صفحه آشكاركننده برخوردمي كنند .

آشکار کننده بخش ديگر دستگاه است .كه  در اثر برخورد یونها به آن ، هريون مثبت باگرفتن يك الكترون ٬ توليد جريان درمدار مي كند . سیگنال تولید شده از آشکار کننده به یک ثبات داده می‌شود که یونهای دارای نسبت بار/جرم مشخص و معین را٬ شمارش و آشکارمي گرداند.ونموداری از طیف جرمی ، تعداد ذرات آشکار شده بر حسب تابعی از نسبت بار/جرم را رسم مي كند .  می‌توان آن قدر دقیق این جریان را تنظيم نمود. که جریان حاصل از برخورد حتي یک یون به آشکار کننده اندازه ‌گیری شود.

 در دستگاههای جدید ، خروجی آشکار کننده  به رایانه متصل است. رایانه  اطلاعات  را به هر دو صورت جدولی و گرافیکی ذخيره مي كند. درپايان داده‌ها با طیف های استاندارد ذخیره شده موجود در رایانه مقایسه می‌گردد.ومولكول جداسازي شده شناسايي مي شود.
  با كليك دراينجامي توانيدمراحل فوق الذكر را مشاهده كنيد.

              کروماتوگرافی گاز              

 كروماتوگرافي گازي  يک روش فيزيکي  جداسازي مخلوط مواد است . با تبديل كردن مخلوط مورد نظر به بخار يا گاز و عبور آن از يك فاز ساكن اجزاء‌ سازنده‌اش را از يكديگر جدا مي‌كنند. حاصل اين جداسازي تعيين نوع و مقدار اجزاء سازنده درمخلوط است. اين روش سريع و ساده است و براي تشخيص ناخالصي‌هاي موجود در يک ماده فرار يا مقادير کم کاربرددارد.شرط جداسازي يك مخلوط بوسيله روش كروماتوگرافي گازي آن است كه نمونه مورد آزمايش در حين حرارت و تبديل شدن به گاز تجزيه نشود

مخلوط را همراه یک گاز بی اثر ازدرون ستون حاوی ماده جاذب عبورمی دهند.گاز حامل بايد يک گاز بي‌اثر باشد تا با فاز ساکن، حلال و يا نمونه واکنش ندهد، به همين دليل معمولاَ از نيتروژن يا هليم استفاده مي‌شود. در دماي ثابت، فشار و سرعت جريان گاز به طرف ستون را با تنظيم کنندة فشار و جريان سنج، ثابت نگه مي‌دارند. این ستون که یک لوله شیشه ای ویا فلزی می باشد معمولا قطری بسیار نازک ( قطر داخلی حدودا25/0  mm )وطولی بلند ( 15-   متر30) داشته ودرمحوطه ایی که درجه حرارت آن قابل کنترل است قرار دارد.

در کروماتوگرافي گازي، فاز متحرک يک گاز است. فاز ساکن يک مادة جاذب جامد يا مايع پوشش داده شده و يا داراي پيوند با يک جامد بر روي ديواره ستون است. اگر فاز ساکن جامد باشد، روش را کروماتوگرافي گاز- جامد (GSC) و اگر فاز ساکن مايع باشد، روش را کروماتوگرافي گاز- مايع (GLC) مي‌نامند. هر چند هر دو روش در تجزيه به کار مي‌روند ولي GLC بيشتر مورد استفاده قرار مي‌گيرد.جدا شدن اجزاي يک نمونه فرار در GLC بر اساس تقسيم آنها بين دو فاز مايع و گاز است. نمونه در فاز متحرک حل شده و فاز ساکن يک مايع ديرجوش است که به صورت لاية نازکي       (μm 5 - 0/25)  بر روي ذرات يک جامد گسترده شده است. کروماتوگراف گازي از قسمت‌هاي زير تشکيل شده است .

ابتدا گاز بی اثرازدستگاه عبور می کند سپس مقدار مشخصی ازمخلوط مورد آزمایش درابتدای لوله جاذب تزریق می شود ( به دوروش تزریق نمونه صورت می گیرد) ومقدار اندکی (درحدود یک میلی لیتر) ازمخلوط واردستون بسیارنازک ( مویین)حلقویی که حاوی ماده جاذب است ٬ شده وتوسط عمل کروماتوگرافی  جداسازی می شوند.جدا شدن مواد در ستون، نظير فرايند استخراج است. نمونه که در فاز گاز محلول است از بالاي ستون وارد مي‌گردد و اجزاي آن بر حسب ضريب توزيع خود بين دو فاز گاز-مایع (GLC) ویا گاز- جامد (GSC)  تقسيم مي‌شوند.. در نتيجه اجزاي موجود در نمونه بر حسب تمايلي که ستون براي نگهداري آنها دارد از يکديگر جدا شده و به وسيله عبور گاز حامل،‌ اجزامخلوط جدا مي‌شوند.

دماي ستون GC را مي‌توان روي دماي معینی تنظيم کرده و دردمای ثابتی عمل جداسازي را انجام داد.  در برخي موارد که اجزاي نمونه در ستون به خوبي جدا نمي‌شوند،  دماي ستون را با   سرعتي  مناسب افزايش مي‌دهند تا مواد به تدريج از يکديگر جدا شوند

درقسمت بعدی دستگاه ٬گاز ها یونش یافته و به یک الکترومتر هدایت می شود ٬ بدینوسیله هدایت حرارتی هرجزء اندازه گیری می شود.گازها ازنظر هدایت حرارتی متفاوت عمل می کنند و سپس از روی آشکار ساز عبور کرده وشناسایی می شوند.

طریقه رسم منحنی درکروماتوگرافی بدین صورت است که درموقع تزریق خط عمودی کوچکی رارسم می کند ونقطه صفر مشخص می شود٬ سپس براثر عبور گازها ازدستگاه هدایت سنج نقاط ماکزیممی به دست می آید که فاصله آن ازنقطه شروع مشخص کننده جسم می باشد.

مقدار گاز موجود درمخلوط را می توان از روی مساحت زیر قله نمودار تعیین نمود.

باکلیک دراینجامی توانید این فرایند را مشاهده نمایید.دراین فلش دو طریقه تزریق مخلوط گازی  نمایش داده شده است .