واکنش های شیمیایی:

پردیس فناوری کیش_طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت_گروه فنی و مهندسی

واکنش شیمیایی (به انگلیسی: Chemical reaction) فرایندی است که در آن ساختار ذره‌های تشکیل دهندهٔ مواد اولیه دچار تغییر می‌شود؛ یعنی طی آن یک یا چند ماده شیمیایی به یک یا چند ماده شیمیایی دیگر تبدیل می‌شود. مثلاً: همان‌گونه که دیده می‌شود؛ CH
4 + 2 O
2 → CO
2 + 2 H
2O, در اینجا ضریب ۲ قبل از گاز اکسیژن در طرف واکنش دهنده‌ها، و قبل از آب در کنار محصول به دست آمده از این واکنش شیمیایی قرار می‌گیرد تا برابر قانون بقای جرم، مقدار هر عنصر در طول واکنش تغییر نکند.

انواع تغییرات مواد

تغییراتی که در واکنشی بر روی مواد واکنش‌دهنده صورت می‌گیرد، به‌طور کلی به دو نوع تغییرات فیزیکی و شیمیایی تقسیم می‌شوند.

تغییرات فیزیکی

در تغییرات فیزیکی فقط حالت فیزیکی ماده تغییر می‌یابد نه ساختار ذره‌های تشکیل دهنده ماده؛ بنابراین تغییرات همهٔ حالات ماده مانند ذوب، انجماد، تبخیر، میعان، تصعید (فرازش) و چگالش و همچنین انحلال نمک‌ها و بازها در آب، تغییر فیزیکی هستند.

تغییرات شیمیایی

در تغییرات شیمیایی اتصال اتم‌ها به یکدیگر و آرایش الکترونی آن‌ها در واکنش‌دهنده‌ها تغییر می‌یابد. البته در یک واکنش شیمیایی، اتم‌ها نه به‌وجود می‌آیند و نه از بین می‌روند و تنها ترکیب، تجزیه یا بازآرایی می‌شوند. واکنش شیمیایی بیان یک تغییر شیمیایی است که ممکن است با آزاد کردن انرژی به صورت گرما، نور یا صوت همراه باشند و تولید گاز، تشکیل رسوب یا تغییر رنگ در پی داشته باشند.

روی دادن تغییر فیزیکی و تغییر شیمیایی به‌طور متوالی

مواردی وجود دارد که هر دو تغییر فیزیکی و شیمیایی بر روی یک پدیده، به‌طور متوالی اتفاق می‌افتند. برای نمونه، با حرارت دادن تکه‌ای قند در لوله آزمایش، ابتدا قند ذوب می‌شود که یک پدیدهٔ فیزیکی است. سپس به رنگ قهوه‌ای در می‌آید که نشان‌دهندهٔ شروع تبدیل قند به کربن و یک پدیدهٔ شیمیایی است. در ادامه مقداری بخار آب به بالای لوله می‌رسد که نشانهٔ تجزیهٔ قند و ادامهٔ پدیدهٔ شیمیایی پیشین است. سپس قطره‌های آب روی دیوارهٔ لولهٔ آزمایش پدیدار می‌شود که نشان‌دهندهٔ میعان بخار آب آزاد شده و یک پدیدهٔ فیزیکی است. در پایان، در لوله ماده‌ای سیاه رنگ، بی‌مزه و نامحلول در آب (برخلاف قند اولیه) باقی می‌ماند که این ماده زغال است و با توجه به تغییر رنگ، مزه و قابلیت حلالیت آن در آب

انرژی شیمیایی

هر نوع پیوندی میان اتم‌های مختلف سازندهٔ مولکول‌های یک جسم، نوعی انرژی در انرژی شیمیایی دارد که مقدار آن به نوع اتم‌ها و نحوهٔ قرار گرفتن آن‌ها در مولکول بستگی دارد. در یک واکنش شیمیایی، در واقع اتصال اتم‌ها به یکدیگر در واکنش‌ها تغییر می‌کند و در نتیجه انرژی شیمیایی فراورده‌های واکنش با انرژی شیمیایی واکنش‌دهنده‌ها تفاوت پیدا می‌کند.

به عنوان مثال، واکنش گاز کلر با گاز هیدروژن را در نظر بگیریم. گاز کلر از مولکول‌های دو اتمی Cl۲ و گاز هیدروژن از مولکول‌های دو اتمی H۲ تشکیل شده‌اند. فراوردهٔ واکنش، کلرید هیدروژن HCl خواهد بود که در مقایسه با واکنش‌دهنده، پیوندهای کاملاً متفاوتی دارد و از این رو انرژی شیمیایی آن‌ها متفاوت است.

اکنون این پرسش پیش می‌آید که با توجه به متفاوت بودن انرژی شیمیایی فراورده‌ها و واکنش‌دهنده‌ها و قانون پایستگی انرژی، این اختلاف انرژی چگونه ظاهر می‌شود؟

تغییرات گرماگیر و تغییرات گرمازا

مطابق قانون پایستگی انرژی در هر واکنش انرژی کل باید ثابت بماند؛ بنابراین در واکنش‌ها، اختلاف انرژی میان فراورده‌ها و واکنش‌دهنده‌ها به صورت گرما ظاهر می‌شود. از این رو، واکنش‌هایی نظیر واکنش‌های سوختن متان که با تشکیل کلرید هیدروژن در آن‌ها، سطح انرژی فراورده‌های واکنش از مواد واکنش‌دهنده پایین‌تر باشد، به علت تولید انرژی گرمایی، گرمازا می‌گوییم و در مقابل واکنش‌هایی که در آن‌ها سطح انرژی شیمیایی فراورده‌ها بیشتر از واکنش‌دهنده‌ها باشد، واکنش‌های گرماگیر نامیده می‌شوند و برای انجام چنین واکنشی باید مقداری گرما به اجزای واکنش‌دهنده داده شود، مانند تجزیه کردن کلرید آمونیوم جامد که با گرم کردن، به دو گاز آمونیاک و کلرید هیدروژن تبدیل می‌شود.

بنابراین در اندازه‌گیری و محاسبهٔ انرژی واکنش‌های شیمیایی، چیزی که همیشه محسوس و قابل اندازه‌گیری است، تفاوت محتوای انرژی یا به عبارتی سطح انرژی مواد اولیه و محصولات عمل است که معمولاً به تغییر محتوای گرمایی، تغییر آنتالپی گفته می‌شود و با ΔH نمایش می‌دهند و در یک واکنش گرمازا داریم:

H1: سطح انرژی مواد واکنش دهنده

H2: سطح انرژی مواد حاصل

H2 <H1 H2-H1<0

به این ترتیب تغییر آنتالپی ΔH در یک واکنش انرژی‌ده، منفی است.

در یک واکنش گرماگیر داریم:

H2>H1→H2-H1>0→ΔH>0

پس تغییر آنتالپی، ΔH در یک واکنش انرژی‌گیر، مثبت است.

واکنش‌های شیمیایی برگشت‌پذیر و برگشت‌ناپذیر

واکنش‌های برگشت‌ناپذیر

در این قبیل واکنش‌ها، محصولات واکنش برهم اثر شیمیایی ندارند. به همین دلیل واکنش فقط در جهت رفت انجام می‌گیرد و تا مصرف‌شدن کامل واکنش‌دهنده پیش می‌رود. مثلاً اگر تکه‌ای نوار منیزیم را در ظرف محتوی HCl وارد کنیم، واکنش شدیدی میان منیزیم و اسید رخ می‌دهد و کم‌کم در اسید حل و ناپدید می‌شود و همزمان با ناپدیدشدن فلز، حباب‌های گاز هیدروژن درون اسید به چشم می‌خورند که از ظرف خارج می‌شوند؛ بنابراین این واکنش یک‌طرفه است و فقط در جهت رفت پیش می‌رود. یعنی اگر مقداری گاز هیدروژن را در محلول کلرید وارد کنیم، هیچ واکنشی انجام نمی‌گیرد.

Mg + 2HCl → MgCl2 + H2

علاوه بر واکنش بالا سوختن انواع سوخت‌ها مانند بنزین، نفت، گاز طبیعی و… در مجاورت هوا، محکم شدن تدریجی سیمان، پختن تخم مرغ، مچاله شدن نایلون در برابر شعله، نمونه‌هایی از واکنش‌های برگشت‌ناپذیرند.

واکنش‌های برگشت‌پذیر

این واکنش‌ها در شرایط مناسب در هر دو جهت رفت و برگشت پیش می‌روند، مثلاً اگر بخار آب را از روی گرد آهن داغ عبور دهند، اکسید آهن همراه با گاز هیدروژن پدید می‌آید.

(3Fe(s) + 4H2O(g) → Fe3O4(s) + 4H2(g

و اگر گاز هیدروژن را بر اکسید آهن (Fe3O4) عبور دهند، آهن و بخار آب تولید می‌شود. واکنش برگشت: (Fe3O4(s) + 4H2(g) → 3Fe(s) + 4H2O(l

واکنش رفت و برگشت در مجموع یک واکنش برگشت‌پذیر را تشکیل می‌دهند. در نتیجه واکنش اثر بخار آب بر آهن داغ برگشت‌پذیر است. در زندگی با موارد زیادی از واکنش‌های برگشت‌پذیر برخورد می‌کنیم، مانند شارژ دوبارهٔ باتری اتومبیل. مواد شیمیایی موجود در باتری خودرو هنگام تولید جریان برق به تدریج مصرف شده و به مواد دیگری تبدیل می‌شود. با شارژ مجدد باتری، واکنش‌های برگشت انجام می‌گیرند و مواد اولیه پدید می‌آیند.

مثال‌هایی از فرایندهای شیمیایی

همان‌طور که در پیش گفته شد، در تغییر شیمیایی ماهیت شیمیایی مواد تغییر می‌یابد و فراورده‌های جدید با خواص متفاوت از مواد اولیه تولید می‌شود؛ بنابراین پدیده‌های زیر نمونه‌هایی از تغییرهای شیمیایی هستند:

• سوختن انواع سوخت‌ها. مانند بنزین، نفت، گاز طبیعی و… در مجاورت هوا
• زنگ زدن فلزات
• گوارش غذا
• رسیدن میوه
• پختن غذا
• فساد مواد
• سفت شدن تدریجی سیمان
• انحلال آمونیاک در آب. زیرا در اثر انحلال، قسمتی از مولکول‌های آمونیاک با مولکول‌های آب ترکیب شده و مادهٔ جدیدی به نام هیدروکسید آمونیوم تولید می‌نمایند. به همین دلیل که واکنش شیمیایی بین حلال و حل شونده رخ می‌دهد، حل شدن بیشتر جنبهٔ شیمیایی دارد.
• لخته شدن مواد کلوئیدی. در اثر لخته شدن پیوندهای جدیدی تشکیل می‌گردد که باعث تجمع مولکول‌های یک محلول کلوئیدی می‌شود.
• ایجاد گاز (اکسیژن) در اثر حرارت اکسید جیوه

اب اکسیژنه:

پردیس فناوری کیش_طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت_گروه فنی مهندسی

هیدروژن پراکسید یا آب‌اکسیژنه (H۲O۲) یک اکسنده متداول است که به عنوان سفیدکننده استفاده می‌شود.آب اکسیژنه برای حذف مواد آلی و معدنی که موجب فاسد شدن آب استخر می‌شوند بکار میرود. هیدروژن پراکسید ساده‌ترین پراکسید است (پراکسیدها ترکیباتی هستند که دارای یک پیوند یگانه اکسیژن-اکسیژن هستند). آب اکسیژنه خالص H۲O۲ یک مایع ناروانی است که کمی آبی رنگ می‌باشد و با زحمت زیاد می‌توان آن را تهیه نمود. آب اکسیژنه‌ای که در داروخانه‌ها به اسم آب اکسیژنه رقیق فروخته می‌شود محلولی است از آب اکسیژنه در آب که %۳ آن آب اکسیژنه است، مانند آب بی‌رنگ و بی‌بو است، مزه تلخی دارد و کمی اسیدی است. این مایع اکسیدکننده‌ای قوی است.

هیدروژن پروکسید
نام‌گذاری آیوپاکhydrogen dioxide
دیگر نام‌هاDioxidane
شناساگرها
شماره ثبت سی‌ای‌اس	۷۷۲۲-۸۴-۱
پاب‌کم	784
کم‌اسپایدر	763
UNII	BBX060AN9V
شمارهٔ ئی‌سی	231-765-0
شمارهٔ یواِن	2015 (>60% soln.) 2014 (20–60% soln.) 2984 (8–20% soln.)
KEGG	D00008
ChEBI	CHEBI:16240
ChEMBL	CHEMBL۷۱۵۹۵
IUPHAR ligand	2448
شمارهٔ آرتی‌ئی‌سی‌اس	MX0900000 (>90% soln.) MX0887000 (>30% soln.)
کد اِی‌تی‌سی	A01AB02,D08AX01 (WHO)‎ S02AA06 (WHO)‎
جی‌مول-تصاویر سه بعدی	Image 1
SMILES OO
InChI InChI=1S/H2O2/c1-2/h1-2H  Key: MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N InChI=1/H2O2/c1-2/h1-2H Key: MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYAL
خصوصیات
فرمول مولکولی	2(HO)
جرم مولی	34.0147 g/mol
شکل ظاهری	Very light blue color; colorless in solution
بوی	slightly sharp
چگالی	1.110 g/cm3 (20 °C 30-percent) 1.450 g/cm3 (20 °C pure)
دمای ذوب	−۰٫۴۳ درجه سلسیوس (۳۱٫۲۳ درجه فارنهایت؛ ۲۷۲٫۷۲ کلوین)
دمای جوش	‎150.2 °C, 423 K, 302 °F
انحلال‌پذیری در آب	امتزاج
انحلال‌پذیری	soluble in اتر، الکل insoluble in petroleum ether
اسیدی (pKa)	11.75
ضریب شکست (nD)	1.4061
گرانروی	1.245 cp(20 °C)
گشتاور دوقطبی	2.26D
ترموشیمی
ظرفیت گرمایی ویژه C	1.267 J/g K (gas) 2.619 J/g K (liquid)
آنتالپی استاندارد تشکیل ΔfHo298	-4.007 kJ/g
خطرات
MSDS	ICSC 0164 (>60% soln.)
شاخص ئی‌یو	۰۰۸-۰۰۳-۰۰-۹
طبقه‌بندی ئی‌یو	Oxidant (O) Corrosive (C) Harmful (Xn)
کدهای ایمنی	R۵, R۸, R20/22, R۳۵
شماره‌های نگهداری	(S1/2), S۱۷, S26, S۲۸, S36/37/39, S45
لوزی آتش	OX
نقطه اشتعال	Non-flammable
LD50	1518 mg/kg
ترکیبات مرتبط
ترکیبات مرتبط	Water ازن هیدرازین دی‌سولفید هیدروژن
به استثنای جایی که اشاره شده‌است در غیر این صورت، داده‌ها برای مواد به وضعیت استانداردشان داده شده‌اند (در 25 °C (۷۷ °F)، ۱۰۰ kPa)
(بررسی) (چیست: /؟)
Infobox references

تجزیه این ماده باعث ایجاد رادیکالهای OH می‌شود که بیش از چند ثانیه در دسترس نمی‌باشند و در این مدت با خاصیت شدید اکسیدکنندگی خود، مواد آلی و معدنی را اکسید می‌کند.

خصوصیات آب اکسیژنه

به مرور آب اکسیژنه تجزیه و تبدیل به آب و اکسیژن می‌گردد. این عمل تجزیه در محیط بازی سریعتر و در محیط اسیدی کندتر از محیط خنثی صورت می‌گیرد. همچنین در نور یا گرما تجزیه می‌شود بنابراین باید در ظرف کدر و دور از گرما نگهداری شود. اگر مدت مدیدی آب اکسیژنه را انبار کنند، ممکن است کاملاً تجزیه و تبدیل به آب گردد. بر اثر گرد بعضی اجسام عمل تخریب آب اکسیژنه تسریع می‌گردد مانند گرد دی‌اکسید منگنز و گرد فلزات.

اگر بر روی محلول آب قدری از اجسام پایدارکننده مانند اسید فسفریک، اوره، اسید بنزوئیک و نظیر آن‌ها بیفزایند، عمل تخریب بسیار کند می‌گردد. آب اکسیژنه اثر میکروب کشی ، بوبری و سفیدکنندگی دارد چنانکه اگر یک تکه کالباس قرمز را درون ظرف محتوی آب اکسیژنه قرار دهیم پس از چند روز محتویات ظرف کاملاً بی‌بو است و بوی گندیده نمی‌دهد. آب اکسیژنه رنگها را نیز تخریب می‌کند به همین دلیل تکه کالباس درون ظرف بعد از مدتی بی‌رنگ می‌شود.

موارد استعمال آب اکسیژنه

لکه شراب قرمز، خون، قهوه و غیره را هم می‌توان به وسیلهٔ آب اکسیژنه پاک نمود. محلول غلیظ H۲O۲ به عنوان یک اکسیدان برای سوخت موشک‌ها نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. برخی از خمیر دندانها و سایر اجسامی که برای پاک کردن دندانها بکار می‌رود در موقع استعمال تولید آب اکسیژنه می‌کنند و اکسیژن این آب اکسیژنه دندان را سفید می‌نماید.

آب اکسیژنه در بی‌رنگ کردن شاخ، پشم گوسفند، پنبه، کتان، کنف، کاه، چوب، کاغذ، روغن، چربی، واکس، صابون، ابریشم، عاج، پر و غیره بکار می‌رود. رنگ بعضی لکه‌های صورت را هم آب اکسیژنه تخریب می‌کند. اگر موی سیاه را پس از شستن با کربنات سدیم (تا چربی آن برطرف شود) در محلول آب اکسیژنه بگذارند به رنگ روشن در می‌آید. اگر موی سیاه سر را با مخلوطی از ۱۰۰ گرم آب اکسیژنه ۳۰٪ و چهار قطره محلول ۲۵٪ آمونیاک تر نمایند و پس از ۱۰ تا ۲۰ دقیقه با آب خالص و سپس با محلول اسید استیک‌دار بشویند، بور مایل به قرمز می‌شود. وجود آمونیاک از این جهت لازم است که آب اکسیژنه در حضور قلیاییها سریعتر اکسیژن می‌دهد و در نتیجه موها تندتر بور می‌شوند. مصرف مکرر آب اکسیژنه برای مو مضر است زیرا که مو را شکننده می‌نماید. در جنگ جهانی دوم آب اکسیژنه ۸۵٪برای اکسیداسیون سریع الکل در زیر دریاییها و موشک‌ها مصرف می‌کردند.

هیدروژن پراکسید در سلول‌های جانوری و گیاهی نیز تولید می‌شود، در اندامکی به نام پراکسی زوم، چون پراکسید هیدروژن تولید شده ماده‌ای سمی است توسط آنزیم کاتالاز به سرعت بسیار بالا به آب H2O و اکسیژن O2 تجزیه می‌شود تاهم سمیتش از بین برود و هم به لیپیدهای تولید شده توسط اندامک شبکه آندوپلاسمی آسیبی نرساند.

کاربرد در پزشکی

آب اکسیژنه در گذشته به دلیل خاصیت ضدعفونی‌کننده آن در پانسمان زخمهای عفونی استفاده می‌شد ولی امروزه به دلیل آسیبی که به بافت‌های مجاور وارد می‌کند دیگر در پانسمان استفاده نمی‌شود و فقط گاه برای ضدعفونی لوازم یا سطوح استفاده می‌شود. از آنجایی که آب اکسیژنه بوبر است گاه در درمان زخمهای بدبو مورد استعمال قرار می‌گیرد. در قرصهای اریتزون ۳۶٪ آب اکسیژنه به ۶۴٪ اوره متصل است و چون این قرصها را در دهان بگذارند، اکسیژن می‌دهد. پس هم میکروبهای دهان را می‌کشد و هم دندانها را سفید می‌نماید. آب اکسیژن رقیق را برای قرقره کردن هم بکار می‌برند.,و در ساختن داروهای سرما خوردگی تأثیر دارد

کاربرد در بهداشت استخرها

آب اکسیژنه برای حذف مواد آلی و معدنی که موجب فاسد شدن آب استخر می‌شوند بکار می‌رود. تزریق این عنصر قبل از دستگاه UV باعث ایجاد رادیکالهای OH می‌شود که بیش از چند ثانیه در دسترس نمی‌باشند و در این مدت با خاصیت شدید اکسیدکنندگی خود، مواد باقی‌مانده آلی و معدنی را تجزیه می‌کند. بدین ترتیب نیاز به تعویض آب استخرها کاهش می‌یابد.

در صورتی که از آب اکسیژنه در آب استخرها استفاده شود دارای مزایا به شرح زیر است: ۱. آب اکسیژنه موجود در آب با دوز صحیح، برای شناگر غیرقابل تشخیص است. ۲. با آب به خوبی مخلوط می‌شود، غیر فرار است و تا زمان اکسید کردن مواد آلی در آب باقی می‌ماند. ۳. خالص است و ایجاد املاح نمی‌کند. ۴. خورنده نیست و در نتیجه به تجهیزات و تأسیسات آسیب نمی‌رساند. ۵. ایجاد کف نمی‌کند، بی‌بو و بی طعم است. ۶. غیر سمی است ۷. ایجاد رسوب نکرده و در نتیجه آب کاملاً شفاف می‌ماند.

شناسایی آب اکسیژنه

در یک لوله آزمایشی که قبلاً چند سانتی‌متر مکعب محلول بی‌کرمات پتاسیم و قدری اسید سولفوریک رقیق ریخته‌ایم آب اکسیژنه می‌افزاییم در نتیجه رنگ آبی تند که بعداً تبدیل به سبز می‌شود، ظاهر می‌گردد. به همین طریق می‌توان وجود آب اکسیژنه را در اریتزون ثابت نمود.

تهیه آب اکسیژنه در صنعت با روش خود اکسایش

در این فرایند یکی از مشتقات آتراکینون مانند ۲-اتیل انتراکوینون بر اثر واکنش با هیدروژن در مجاورت کاتالیزور پالادیوم به آنتراهیدروکینون تبدیل می‌شود. با عبور هوا از ماده اخیر، محلول پراکسید هیدروژن ۲۰ درصد وزنی بدست می‌آید.

گریدهای هیدروژن پراکسید (آب اکسیژنه):

هیدروژن پراکسید (آب اکسیژنه) با توجه به نیازهای متفاوت آن در صنایع مختلف، به چند دسته تقسیم‌بندی می شود:

گرید دارویی (Pharmaceutical Grade) – هیدروژن پراکسید ۳ درصد

این گرید را می توان از داروخانه به جهت تمیز کردن زخم ها و ضد عفونی کردن لوازم خانه تهیه کرد. این درجه از ماده به طور کلی حاوی تثبیت کننده است.

گرید آرایشگر (Beautician Grade) – غلظت معمولاً ۳ تا ۱۲ درصد

این گرید به عنوان سفید کننده و تقوییت کننده مو به کار برده می شود.

گرید معرف (Reagent Grade) – غلظت معمولاً ۳۰ درصد

این گرید در آزمایش های علمی، تحقیقاتی، و پژوهشی است و از آن جایی که حاوی لرزشگیر است، در واکنش های مختلف شیمیایی استفاده می شود.

استون:

پردیس فناوری کیش_طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت_گروه فنی و مهندسی

اَسِتون(نام‌گذاری ایوپاک “پروپانون”) ساده‌ترین کتون با فرمول مولکولی CH₃)₂CO) و یکی از لکه‌برها است. این ماده توسط حییم وایزمن کشف شده‌است. این ماده فرار، بی‌رنگ و به شدت آتش گیر است و مصرف بسیار زیادی در صنعت به عنوان حلال دارد.

یکی از ساده‌ترین روش‌های ساخت این ماده تقطیر استاست.

کاربرد استون

کاربرد استون برای تولید – تینرها – رنگ – چسب – لوازم آرایشی – پارچه و…میباشد استون با توجه به ویژگی های منحصر به فرد خود کاربرد های گسترده ای در صنعت و مصارف دیگر دارد. یک سوم مقادیر تولید شده این ماده به عنوان حلال و لکه بر (پاک کننده) در ترکیبات آلی استفاده می شود. این در حالیست که یک چهارم کل ماده تولیدی در مواد سازنده متیل، متاکریلات اسید، متیل متاکریلات (MMA)  مانند استون سیانوهیدرین استفاده می شود. این مواد در مراحل بعدی برای تولید محصولات اکریلیک (PMMA) مانند ورقه های اکریلیکی استفاده می شوند.

حلال مواد شیمیایی

استون به طور کلی به عنوان حلال در فرمولاسیون مواد زیر استفاده می شود:

• پلی اکریلات ها
• صنایع الکتریکی
• اکریلیک و رنگ ها
• چسب و واکس ها
• رنگ برای عصاره گیری
• کفپوش های براق کننده
• جوهرهای چاپ در پرینترها
• رزین الکل های نیترو سلولز
• مواد دارویی و لوازم آرایشی
• حمل کننده استيلن سيلندرها
• گریس ها، چربی ها و روغن ها
• صنایع سیمان و بی دود کردن پودرها
• رزین های آلکیدی و پلی وینیل استات
• صنعت رزین های طبیعی و مصنوعی
• چربی گیری فلزات پیش از رنگ آمیزی
• پوشش های سطوح مواد شوینده، تمیز کننده و تینر ها

این ماده همچنین در تولید حلال های دیگر اعم از متیل ایزوبوتیل کتون و متیل ایزوبوتیل الکل کاربرد دارد. از حلال های وابسته به این ماده می توان به آب، اتانول، تولوئن و ایزو پروپانول اشاره کرد.

اتانول:

پردیس فناوری کیش_طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت_گروه فنی و مهندسی

اتانول یا الکل اتیلیک یا اتیل الکل یا الکل میوه با فرمول C_۲H_۵OH ترکیب شیمیائی با بوی خاص و آتش‌گیری است که در نوشیدنی‌های الکلی وجود دارد. این الکل همان ماده‌ای است که دارای خاصیت مست‌کنندگی است و در نوشیدنی‌های الکلی با درصدهای مختلف پیدا می‌شود. علاوه بر این در صنایع مختلف کاربرد فراوان دارند. این کاربردها در عطر‌ها و ادکلن‌ها و همچنین در وانیل و همچنین به عنوان سوخت در برخی ماشین‌های جدید می‌باشد. از این الکل در صنایع عطر سازی و برخی دهان‌شویه‌ها هم استفاده می‌کنند.

اتانول
نام‌گذاری اتحادیه بین‌المللی شیمی محض و کاربردیethanol[۱]
شناساگرها
شماره ثبت سی‌ای‌اس	۶۴-۱۷-۵
پاب‌کم	۷۰۲
کم‌اسپایدر	۶۸۲
جی‌مول-تصاویر سه بعدی	Image 1
SMILES CCO
InChI InChI=1S/C2H6O/c1-2-3/h3H,2H2,1H3  Key: LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N InChI=1/C2H6O/c1-2-3/h3H,2H2,1H3 Key: LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYAB
خصوصیات
فرمول مولکولی	C۲H۵ OH
جرم مولی	خطای عبارت: کلمه ناشناخته «oh» g mol−1
چگالی	0.789 g/cm3 (at 25°C)
دمای ذوب	−۱۱۴ درجه سلسیوس (−۱۷۳ درجه فارنهایت؛ ۱۵۹ کلوین)
دمای جوش	‎78.37 °C, 352 K, 173 °F
اسیدی (pKa)	15.9 (H2O) 29.8 (DMSO)[۲][۳]
خطرات[۵]
کدهای ایمنی	R۱۱
شماره‌های نگهداری	S۲, S۷, S۱۶
نقطه اشتعال	۱۶ درجه سلسیوس (۶۱ درجه فارنهایت؛ ۲۸۹ کلوین)
دمای خودآتشگیری	۳۶۵ درجه سلسیوس (۶۸۹ درجه فارنهایت؛ ۶۳۸ کلوین)
LD50	7060 mg/kg (oral, rat)[۴]
ترکیبات مرتبط
ترکیبات مرتبط	متانول اتان
به استثنای جایی که اشاره شده‌است در غیر این صورت، داده‌ها برای مواد به وضعیت استانداردشان داده شده‌اند (در 25 °C (۷۷ °F)، ۱۰۰ kPa)
(بررسی) (چیست: /؟)
Infobox references

مدل مولکول اتانول

مخمر آبجو، یا مخمر نانوایی قارچی است که با جوانه‌زدن تکثیر می‌شود، اگر این قارچ در مجاور یک ماده قندی تخمیر شود، موادی از خود خارج می‌کند که خاصیت آنزیمی داشته و موجب دگرگونی قند می‌شود. در بین قندها، فروکتوز یا قند میوه به فرمول C_۶H_۱۲O_۶ است که در میوه‌های شیرین و انگور وجود دارد که پس از تخمیر باعث ایجاد الکل و گاز دی‌اکسید کربن می‌شود.

تاریخچه

اتانول برای انسان از دوران باستان شناخته شده بود، زیرا این ماده، جزء اصلی مشروبات الکلی است. جداسازی آن به صورت اتانول نسبتاً خالص احتمالاً اولین بار توسط جابر بن حیان که صنعت تقطیر را گسترش داد، انجام شده‌است. البته بیشتر گمان می‌رود که اتانول خالص توسط ابوبکرمحمدبن زکریای رازی دانشمند ایرانی تولید شده باشد.

فرایند تولید

اتانول مورد استفاده در نوشابه‌های الکلی توسط فرایند تخمیر از متابولیسم گلوکز توسط گونه مخصوصی از مخمرها در غیاب اکسیژن تولید می‌شود و در پایان فرایند تخمیر غلظت اتانول را با تقطیر بالا می‌برند. برای مخلوط اتانول با آب بالاترین نقطه آزئوتروپ جوش برای ۹۵٪ الکل و ۵٪ آب است؛ بنابراین جزء تقطیر شده مخلوط اتانول و آب نمی‌تواند خالصتر از ۹۵ درصد باشد. برای تولید اتانول خالص‌تر، مقدار کمی بنزن به آن اضافه می‌شود.

بنزن، آزئوتروپ سه‌گانه‌ای با آب و اتانول تشکیل می‌دهد و مخلوط دوباره تقطیر می‌شود. نتیجه این فرایند بدست آوردن اتانول بدون آب است. با این همه چند ppm بنزن در اتانول باقی می‌ماند که جذب آن در بدن از مشخصه‌های آسیب کبدی است که در افراد الکلی دیده می‌شود.

برای آب زدایی از اتانول استفاده از پمپ خلا نیز مرسوم است.

تولید اتانول صنعتی

سوخت اتانول، سوخت نسبتاً خوبی برای موتورهاست و در صنعت، به‌صورت‌های مختلفی استفاده می‌شود. اتانول مورد مصرف در صنعت را معمولاً از واکنش کاتالیزوری آب با اتیلن تولید می‌کنند. این یک واکنش افزایشی است که در آن یک مولکول آب شکافته شده، قطعات حاصل از آن به اتم‌های کربن در پیوند دوگانه اضافه می‌شود. این فرایند تولید اتانول اقتصادی‌تر از تولید آن با مخمر است.

خواص فیزیکی

اتانول، مایعی قابل احتراق و بی‌رنگ بوده، یکی از انواع الکل‌های موجود در نوشابه‌های الکلی است. گرانروی آن، مانند آب است و بوی نسبتاً تندی دارد. در صنعت به عنوان حلال و ماده واسطه شیمیایی برای تولید بیشتر ترکیبات آلی استفاده می‌شود. به دلیل تشکیل پیوند هیدروژنی با هر نسبتی در آب حل می‌شود. اتانول در مقایسه با ترکیبات آلی که وزن مولکولی یکسانی با آن دارند، نقطه جوش بالاتری دارد.

به عنوان مثال نقطه جوش پروپان که تقریباً وزن مولکولی برابری با اتانول دارد، ۴۲- درجه سانتی‌گراد است، درحالی‌که نقطه جوش اتانول ۷۸ درجه سانتی‌گراد است. دلیل این اختلاف، وجود پیوندهای هیدروژنی مربوط به گروه OH است که نیروی جاذبه میان مولکول‌های مجاور را افزایش می‌دهد. اتانول خاصیت ضعیف اسیدی و بازی از خود نشان می‌دهد که خاصیت بازی آن به دلیل جفت الکترون تنهای اکسیژن بوده و خاصیت اسیدی آن، بخاطر پیوند هیدروژن با عنصر الکترونگاتیو اکسیژن است. اتانول با فلزات فعال (Na و K و Mg و …) وارد واکنش شده، اتوکسید ایجاد می‌کند.

کاربرد

اتانول به دلیل نقطه انجماد پائین در صنعت ضدیخ‌سازی استفاده می‌شود. حلال بسیار خوبی است و در صنعت عطرسازی، رنگسازی و … استفاده می‌شود. محلول ۷۰ تا ۸۰ درصد آن به عنوان محلول ضدعفونی‌کننده کاربرد دارد. اتانول با تغییر دادن پروتئین و حل کردن چربی، میکرو ارگانیسم‌های آن‌ها را از بین می‌برد. البته این عمل فقط در برابر باکتری‌ها و ویروس‌ها و قارچها مؤثر است، ولی در مقابل هاگ قارچ ها و اسپور باکتری‌ها تأثیری ندارد. اتانول همچنین در صنایع مشروبات الکلی به میزان گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. فواید استفاده از الکل در حد عادی (رنگ سبز) و مضرات استفاده بیش از حد (رنگ قرمز)

مصرف مشروبات الکلی، به دلیل وجود اتانول در ترکیب آن‌ها باعث ایجاد عوارض بسیاری در سلامتی انسان می‌شود که عبارتند از:

• عوارض حاد و خواب آلودگی
• تهوع، استفراغ، افسردگی، تنگی نفس.
• عوارض مزمن
• الکلیسم، سیروز کبدی، تأثیر در سلسله اعصاب مرکزی، تأثیر در حافظه در بلند مدت.
• سرطان

متانول:

پردیس فناوری کیش_طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت_گروه فنی و مهندسی

متانول، متیل الکل، الکل متیلیک، کاربینول یا الکل چوب که ساده‌ترین نوع الکل هاست با فرمول شیمیایی CH_۳OH شناخته می‌شود. متانول از فعالیت بی هوازی گونه‌های زیادی از باکتری‌ها تولید می‌شود و در نتیجه مقدار اندکی از بخار متانول وارد جو می‌شود و پس از چندین روز به‌وسیله اکسیژن و با کمک نور خورشید اکسید شده به آب و دی‌اکسید کربن تبدیل می‌گردد. البت سوختن متانول هم از نظر مواد بدست آمده چنین اتفاقی رخ می‌دهد ولی بسیار سریعتر. در ضمن شعله سوختن متانول بی‌رنگ است و باید مراقب بود تا شعله آن سبب سوختگی نشود.با این حال متانول به مراتب سمی تر از اتانول است. با تولید بیش از 20 میلیون تن در سال ، از آن به عنوان پیش ماده دیگر مواد شیمیایی کالایی از جمله فرمالدئید ، اسید استیکس ، متیل ترت بوتیل اتر و همچنین میزبان مواد شیمیایی تخصصی تر استفاده می شود.

متانول
نام‌گذاری اتحادیه بین‌المللی شیمی محض و کاربردیMethanol[۱]
دیگر نام‌هاHydroxymethane Methyl alcohol Methyl hydrate Methyl hydroxide Methylic alcohol Methylol Wood alcohol
شناساگرها
شماره ثبت سی‌ای‌اس	۶۷-۵۶-۱
پاب‌کم	۸۸۷
کم‌اسپایدر	۸۶۴
UNII	Y4S76JWI15
شمارهٔ ئی‌سی	200-659-6
شمارهٔ یواِن	1230
KEGG	D02309
MeSH	Methanol
ChEBI	CHEBI:17790
ChEMBL	CHEMBL۱۴۶۸۸
شمارهٔ آرتی‌ئی‌سی‌اس	PC1400000
مرجع بیلشتین	1098229
مرجع جی ملین	449
3DMet	B01170
جی مول-تصاویر سه بعدی	Image 1
Smiles CO
InChI=1S/CH4O/c1-2/h2H,1H3  Key: OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N InChI=1/CH4O/c1-2/h2H,1H3 Key: OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYAX
خصوصیات
فرمول مولکولی	C۱H۴O۱
جرم مولی	۳۲٫۰۴ g mol−1
شکل ظاهری	Colorless liquid
چگالی	0.7918 g cm−3
دمای ذوب	−۹۸ تا −۹۷ درجه سلسیوس (−۱۴۴ تا −۱۴۳ درجه فارنهایت؛ ۱۷۵ تا ۱۷۶ کلوین)
دمای جوش	‎65 °C, 338 K, 149 °F
Log p	-0.69
فشار بخار	13.02 kPa (at 20 °C)
اسیدی(pKa)	15.5
گرانروی	5.9×10−4 Pa s (at 20 °C)
گشتاور دو قطبی	1.69 D
خطرات
شاخص ئی‌یو	603-001-00-X
طبقه بندی ئی یو	F T
کد های ایمنی	R۱۱, R23/24/25, R39/23/24/25
شماره های نگهداری	(S1/2), S۷, S۱۶, S36/37, S45
لوزی اتش
نقطه اشتعال	11–12 °C
دمای خوداتش گیری	385 °C
محدودیت های انفجار	۳۶٪
ترکیبات مرتبط
ترکیبات مرتبط	متان تیولسیلانول
به استثنای جایی که اشاره شده‌است در غیر این صورت، داده‌ها برای مواد به وضعیت استانداردشان داده شده‌اند (در 25 °C (۷۷ °F)، ۱۰۰ kPa)

متانول. ۲CH_۳OH + 3 O_۲ → ۲ CO_۲ + ۴ H_۲O

در سال ۱۹۲۳ شیمیدان آلمانی، «ماتیاس پیِر»، متانول را از گاز سنتز (مخلوطی از CO و H_۲ که از کُک به دست می‌آید) تولید کرد. در این فرایند، از کروماتِ روی به عنوان کاتالیزور استفاده می‌شد و واکنش در شرایط سختی مانند فشار ۱۰۰۰–۳۰۰ اتمسفر و دمای حدود ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد انجام می‌گرفت. در شیوهٔ مدرنِ تولید متانول، از کاتالیزور هایی استفاده می‌شود که در فشارهای پایین عمل می‌کنند و کارایی مؤثرتری دارند.

امروزه گاز سنتز مورد نظر برای تولید متانول مانند گذشته از زغال به دست نمی‌آید، بلکه از واکنش متان موجود در گازهای طبیعی تحت فشار ملایم ۱۰–۲۰ اتمسفر و دمای ۸۵۰ درجه سانتی‌گراد با بخار آب و در مجاورت کاتالیزور نیکل تولید می‌شود. CO و H_۲ تولید شده، تحت تأثیر کاتالیزوری که مخلوطی از مس و اکسید روی و آلومینیوم است، واکنش داده، متانول ایجاد می‌کنند. این کاتالیزور نخستین بار در سال ۱۹۶۶ توسط ICI استفاده شد. این واکنش در فشار ۵۰–۱۰۰ اتمسفر و دمای ۲۵۰ درجه سانتی‌گراد صورت می‌گیرد.

روش دیگر تولید متانول، واکنش دی‌اکسیدکربن با هیدروژن اضافی است که تولید متانول و آب می‌کند.

کاربرد

به‌عنوان ضد یخ، حلال و سوخت بکار برده می‌شود. از متانول برای تقلیب اتانول نیز استفاده می‌شود، این عمل به منظور غیرقابل شرب نمودن اتانولی که برای مصارف صنعتی تولید می‌شود انجام می‌پذیرد (در کشورهای اسلامی به جهت مسائل شرعی و در کشورهای دیگر به جهت معافیت از مالیات فروش مواد مست‌کننده) بدین منظور از مواد دیگری چون پریدین و تربانتین نیز استفاده می‌شود.

متانول به صورت محدود به عنوان سوخت در موتورهایی با سیستم احتراق داخلی استفاده می‌شود. متانول تولید شده از چوب و سایر ترکیبات آلی را متانول آلی یا بیو الکل می‌نامند که یک منبع تجدید شدنی برای سوخت است و می‌تواند جایگزین مشتقات نفت خام شود. با این همه، از بیو الکل ۱۰۰ درصد نمی‌توان در ماشین‌های دیزلی بدون ایجاد تغییر در موتور ماشین استفاده کرد. متانول به عنوان حلال، ضدیخ و در تهیه سایر ترکیبات شیمیایی استفاده می‌شود.

۴۰ درصد از متانول تولیدی برای تهیه فرمالدئید استفاده می‌شود که آن هم در تهیه پلاستیک، تخته سه لایی، رنگ و مواد منفجره استفاده می‌شود. برای تغییر ماهیت اتانول صنعتی و جلوگیری از کاربرد آن به عنوان نوشیدنی، مقداری متانول به آن اضافه می‌کنند. دی متیل اتر از مشتقات متانول است که به جای CFCها در افشانه‌های آتروسل به عنوان پیشرانه استفاده می‌شود. همچنین از متانول در تهیه استیک اسید و متیل ترشیو بوتیل اتر نیز استفاده می‌شود.

شناسایی خطرات

متانول اثرات مخربی بر روی بینائی داشته و از راه پوست جذب می‌شود. فوق‌العاده قابل احتراق بوده اما در دمای محیط آتش نمی‌گیرد. بین متانول و فلزاتی از قبیل پتاسیم، منیزیم، اکسیدکننده‌هایی مثل پرکلرات باریم، برومین کلرین، پراکسید هیدروژن و سدیم در صورت وجود حرارت خاصیت انفجاری ایجاد می‌کند متانول با کلروفرم، دی اتیل روی، کلریدسیانوریک و نیتریک اسید شدیداً واکنش می‌دهد. در صورت تجزیه حرارتی متانول به دی اکسید کربن (CO2,CO) و فرمالدئید تولید می‌شود.

نکات ایمنی

متانول ماده‌ای سمی است و نوشیدن آن موجب نابینایی و حتی مرگ می‌شود. هنگام استفاده از متانول باید از ماسک و دستکش استفاده کرد چون از طریق تنفس و پوست وآشامیدن نیز می‌تواند جذب شود.

اقدامات اورژانسی

پس از مسمومیت با متانول باید سریعاً الکل اتانول به صورت وریدی یا خوراکی برای بیمار شروع ودیالیز انجام شود.

کمیت های ماکروسکوپیکی و میکروسکوپیکی

پردیس فناوری کیش ارتباط با صنعت

مطالعه ی هر شاخه ی خاص از فیزیک با جدا کردن قسمت محدودی از ماده از محیط انجام می شود که قسمت انتخاب شده را سیستم (دستگاه) می نامند. همچنین به هر چه که در خارج آن محدوده (سیستم) قرار دارد و در نحوه ی رفتار آن نقش مستقیم دارد (یعنی می تواند با آن تبادل انرژی کند) محیط می گویند.

وقتی یک سیستم خاص انتخاب شد، قدم بعدی توصیف آن بر حسب کمیت هایی است که به رفتار سیستم مربوط می شود؛ به طور کلی در فیزیک برای بررسی هر ماده دو دیدگاه وجود دارد: دیدگاه ماکروسکوپیکی و دیدگاه میکروسکوپیکی.

بررسی های تجربی و نظری نشان داده اند که رفتار ماده را می توان بر حسب کمیت هایی چون فشار، دما، گرما و … توضیح داد. این کمیت ها به وضعیت ماده در مقیاس بزرگ بستگی دارد و به جزئیات رفتار تک تک مولکول های ماده وابسته نیستند.

این موضوع را می توان در این مثال مشاهده کرد که دمای یک لیوان آب که در دمای اتاق به تعادل گرمایی رسیده است، ثابت می ماند در حالی که مولکول های تشکیل دهنده ی آب پیوسته به اطراف حرکت می کنند و سرعت شان تغییر می کند.

کمیت هایی که وضیعت ماده را در مقیاس بزرگ توصیف می کنند، کمیت های ماکروسکوپیک نامیده می شوند.

علم ترمودینامیک رفتار ماده را بر حسب کمیت های ماکروسکوپیک توصیف می کند.

 اگر به ماده ای به جرم m  و گرمای ویژه ی c  مقدار Q  گرما بدهیم، دمای آن با اندازه ی T=Q/mc∆  افزایش می یابد. در این مثال ما برای توضیح دادن چگونگی رفتار ماده از کمیت های ماکروسکوپیک:

دما، گرما و گرمای ویژه استفاده کرده ایم یعنی برای توصیف رفتار ماده، علم ترمودینامیک را به کار برده ایم.

از جمله کمیت هایی ماکروسکوپیکی دیگر می توان به فشار و حجم اشاره کرد.

کمیت های ماکروسکوپیک عموما دارای ویژگی های مشترکی هستند که عبارتند از:

1.  هیچ گونه فرض خاصی درباره ی ساختار ماده ندارند.
2.  تعداد آن ها کم است.
3.  آن را کم و بیش به طور مستقیم با حواس خود درک می کنیم.
4.  عموماً می توان آن را مستقیم اندازه گرفت.
به طور خلاصه توصیف ماکروسکوپیکی یک سیستم عبارت است از:

مشخص کردن چند ویژگی اساسی و قابل اندازه گیری آن سیستم.

در توصیف میکروسکوپیک در یک سیستم، تعداد بسیار زیادی مولکول قرار دارد که هر مولکول می تواند انرژی خاصی داشته باشد (همان طور که در مثال آب گفتیم چون مولکول ها پیوسته در حرکت هستند و سرعت شان متغیر است انرژی مولکول در حال تغیر است) بنابراین فرض می شود که حالت تعادل سیستم حالتی است که احتمال آن بیشینه است.

بنابراین توصیف میکروسکوپیکی یک سیستم شامل مشخصات زیر است:

1.  فرض هایی درباره ی ساختار ماده مثلا مولکول ها می شود.

2.  کمیت های زیادی باید مشخص شود.

3.  کمیت های مشخص شده توسط حواس ما درک نمی شود.

4.  این کمیت ها را نمی توان اندازه گرفت.

اگر چه ممکن است این طور به نظر برسد که این دو دیدگاه با هم متفاوت اند اما رابطه ای بین آن ها وجود دارد؛ وقتی هر دو دیدگاه در مورد یک سیستم به کار روند، باید نتیجه ی یکسانی حاصل شود.

آن رابطه این است که در واقع میانگین های زمانی تعداد زیادی از کمیت های میکروسکوپیکی در یک زمان معین، یکی از کمیت های ماکروسکوپیکی سیستم است.

مثلا کمیت فشار (F) عبارت است از میانگین تغییرات نیروی (F) ناشی از برخوردهای مولکولی در واحد مساحت (A) که فشار کمیت ماکروسکوپیکی و نیرو و مساحت کمیت های میکروسکوپیکی سیستم هستند.

تفاوت اصلی ماکروسکوپی و میکروسکوپی در این است که اصطلاح ماکروسکوپی به موادی اطلاق می شود که با چشم غیر مسلح قابل مشاهده هستند در حالی که اصطلاح میکروسکوپی به موادی اطلاق می شود که برای چشم غیر مسلح نامرئی هستند.

اصطلاحات ماکروسکوپی و میکروسکوپی به دو مقیاس مختلف اشاره دارد که در تعیین اندازه ترکیبات مختلف مفید هستند. مواد ماکروسکوپی به اندازه کافی بزرگ هستند که با چشم غیر مسلح و بدون هیچ ابزار بزرگنمایی قابل مشاهده هستند. در مقابل ، مواد میکروسکوپی بسیار کوچک هستند که به اندازه کافی بزرگ نیستند که با چشم غیر مسلح دیده شوند. بنابراین ، برای بررسی این مواد به یک ابزار ذره بین مانند میکروسکوپ نیاز داریم.

فهرست

1. بررسی اجمالی و تفاوت کلیدی 2. ماکروسکوپی چیست 3. میکروسکوپی چیست؟ مقایسه جانبی با یکدیگر – ماکروسکوپی در مقابل میکروسکوپی در فرم جداول 5. خلاصه

ماکروسکوپی چیست؟

اصطلاح ماکروسکوپی به موادی گفته می شود که به اندازه کافی بزرگ هستند که با چشم غیر مسلح قابل دیدن هستند. این بدان معناست که می توانیم بدون داشتن ذره بین این مواد را مشاهده کنیم. به دلیل همین اندازه واحدهای اندازه گیری که می توانیم برای اندازه گیری ابعاد این مواد استفاده کنیم میلی متر ، سانتی متر ، کیلومتر و غیره است.
علاوه بر این ، به عنوان نمونه ای از مواد در مقیاس ماکروسکوپی ، می توانیم از هر ماده ای که از یک رشته مو به یک وسیله نقلیه بزرگ می بینیم ، نام ببریم.

میکروسکوپی چیست؟

اصطلاح میکروسکوپی به موادی که بسیار اندک هستند اشاره دارد ، بنابراین ، بدون دستگاه ذره بین نمی توانیم آنها را مشاهده کنیم. بنابراین برای رعایت این مواد باید از ابزارهای نوری مانند ذره بین ، میکروسکوپ نوری ، میکروسکوپ الکترونی و… استفاده کنیم. این مقیاس بین مقیاس ماکروسکوپی و مقیاس کوانتومی است.
از این رو واحدهای اندازه گیری این مقیاس میکرومتر ، نانومتر و … به عنوان نمونه هایی از مواد در مقیاس میکروسکوپی ، می توانیم به میکروارگانیسم هایی از قبیل باکتری ، قارچ ، ویروس و غیره بدهیم.

تفاوت بین ماکروسکوپی و میکروسکوپی چیست؟

اصطلاح ماکروسکوپی به موادی گفته می شود که به اندازه کافی بزرگ هستند که توسط چشم غیر مسلح قابل مشاهده هستند در حالی که اصطلاح میکروسکوپی به موادی گفته می شود که بسیار اندک هستند و بدون دستگاه ذره بین نمی توانیم آنها را مشاهده کنیم. بنابراین ، این تفاوت اساسی بین ماکروسکوپی و میکروسکوپی است. به همین دلیل می توان ابعاد مواد ماکروسکوپی را در واحد هایی مانند میلی متر ، سانتی متر ، کیلومتر و غیره اندازه گیری کرد در حالی که می توان ابعاد مواد میکروسکوپی را در واحدهایی مانند میکرومتر و نانومتر اندازه گیری کرد. همچنین ، یکی دیگر از تفاوت های مهم بین مواد ماکروسکوپی و میکروسکوپی در این است که برای مشاهده مواد ماکروسکوپی نیازی به هیچ ابزار نوری ذره بین نیست در حالی که برای مشاهده مواد میکروسکوپی به ابزارهای نوری مانند لنزها ، میکروسکوپ سبک ، میکروسکوپ الکترونی احتیاج داریم.

خلاصه – ماکروسکوپی در مقابل میکروسکوپی

اصطلاحات ماکروسکوپی و میکروسکوپی به دو مقیاس مختلف اشاره دارد که ما مواد مختلف را با توجه به اندازه و دید آنها دسته بندی می کنیم. تفاوت اصلی ماکروسکوپی و میکروسکوپی در این است که اصطلاح ماکروسکوپی به موادی اطلاق می شود که با چشم غیر مسلح قابل مشاهده هستند در حالی که اصطلاح میکروسکوپی به موادی اطلاق می شود که برای چشم غیر مسلح نامرئی هستند.

منبع:https://article.tebyan.net/179592/%DA%A9%D9%85%DB%8C%D8%AA-%D9%87%D8%A7%DB%8C-%D9%85%D8%A7%DA%A9%D8%B1%D9%88%D8%B3%DA%A9%D9%88%D9%BE%DB%8C%DA%A9%DB%8C-%D9%88-%D9%85%DB%8C%DA%A9%D8%B1%D9%88%D8%B3%DA%A9%D9%88%D9%BE%DB%8C%DA%A9%DB%8C-%D9%85%D9%88%D8%A7%D8%AF

موتور جت

پردیس فناوری کیش ارتباط با صنعت

موتور جت سیستمی است که بر مبنای قانون سوم نیوتن، نیروی مورد نیاز جهت حرکت اجسام را ایجاد می‌کند. بیشترین استفاده این نوع از موتورها، در اجسامی است که به سرعت بالا نیاز دارند. بنابراین در اکثر وسایل پرنده همچون هواپیما و موشک از آن‌ها استفاده می‌شود. توجه داشته باشید که موتور جت نیز هم‌چون موتور استرلینگ، موتور دیزل و موتور مبتنی بر سیکل اوتو، دستگاهی درون‌سوز محسوب می‌شود. توجه داشته باشید که در تحلیل موتور‌های جت از فرض گاز ایده آل استفاده می‌شود.
هدف اصلی سیستم پیشرانش هواپیماها، ایجاد نیرویی رو به جلو است که منجر به حرکت اینگونه از وسایل شود. به نیروی ایجاد شده، «تراست» گفته‌ می‌شود. مبنای کاری هواپیماهای مبتنی بر جت و مدل‌های پره‌ای، همین مفهوم است. نیروی تراست در چنین وسایلی با شتاب دادن به هوا ایجاد می‌شود. این نیرو به طور مستقیم با اختلاف سرعت هوای ورودی به موتور و خروجی از آن ارتباط دارد.

هواپیماهای پره‌ای حجم زیادی از هوا را به اندازه کمی سرعت می‌دهند. این در حالی است که در جت‌ها حجم اندکی از هوا به میزان زیادی شتاب می‌گیرد. نیروی وارد شده به سیستم، که ناشی از این تغییر سرعت است را می‌توان با استفاده از قانون دوم نیوتن توضیح داد. بنابراین موتورهای جت به نحوی طراحی می‌شوند که به ازای نرخ مشخصی از جریان هوا بیشترین شتاب ممکن را ایجاد کنند. از نظر نیروی ایجاد شده، موتورهای مبتنی بر توربین گاز نسبت به نوع پیستونی، بسیار قوی‌تر هستند.

یک موتور جت مبتنی بر توربین گاز به سیستمی گفته می‌شود که در آن، از هوا به عنوان سیال کاری بهره می‌گیرند. به منظور دست‌یابی به نیروی تراست مد‌نظر، هوای ورودی به موتور باید شتاب گرفته و یا به بیانی دیگر انرژی جنبشی آن بایستی افزایش یابد.

مراحل کاری موتور جت مبتنی بر توربین گاز به ترتیب زیر هستند:
کمپرسور فشار هوای ورودی را افزایش می‌دهد.
سوخت توسط محفظه احتراق به درون هوای ورودی پاشیده شده و با استفاده از احتراق، هوا را داغ می‌کند. در مدت زمان فرآیند احتراق، فشار تقریباً ثابت خواهد ماند؛ بنابراین با زیاد شدن دمای هوا، این سیال حجم بیشتری را اشغال خواهد کرد.
توربین، انرژی ذخیره شده در هوای داغ را به کار مکانیکی تبدیل خواهد کرد. این انرژی، نیروی مورد نیاز به منظور چرخش محور کمپرسور را فراهم می‌کند.
نازل، هوای ورودی را شتاب و سرعت آن را افزایش می‌دهد.

در موتورهای توربینی، هوا در کمپرسور و به دو صورت عمده فشرده می‌شود. این فرآیند در بعضی از کمپرسورها به شکل محوری و در بعضی دیگر به صورت گریز از مرکز رخ می‌دهد. در هر دو نوع کمپرسور مورد اشاره انرژی چرخشی لازم، از طریق توربین تامین می‌شود. شایان ذکر است که معمولا در این سیستم‌ها کمپرسور و توربین روی یک محور قرار گرفته‌اند.

کمپرسورهای گریز از مرکز معمولا از پره به عنوان شتابدهنده هوا و هم‌چنین از دیفیوزر به منظور بالا بردن فشار آن استفاده می‌کنند. در این نوع از کمپرسورها، هوا به صورت شعاعی (در زاویه 90 درجه نسبت به جهت پرواز) از کمپرسور خارج می‌شود.

در کمپرسورهای محوری از مجموعه‌ای پره روی یک محور به منظور شتاب دادن هوا استفاده می‌شود. در این کمپرسورها با استفاده از ورقه‌های ثابتی (استاتور) فشار هوای ورودی افزایش می‌یابد.

توجه داشته‌ باشید که میزان فشردگی حاصل شده در یک کمپرسور گریز از مرکز، بسیار بیشتر از نوع محوری آن است. این بیان به این معنا است که به منظور افزایش فشار به یک میزان مشخص، به کمپرسوری چند مرحله‌ای از نوع محوری نیازمند هستیم و این در حالی است که احتمال دارد همان میزان افزایش فشار تنها در یک مرحله در یک کمپرسور گریز از مرکز انجام شود.

طراحی موتوری که مبتنی بر کمپرسور گریز از مرکز باشد، به نسبت موتوری که در آن از کمپرسور محوری استفاده شده باشد، به سطح ورودی بیشتری نیازمند است. این اختلاف سطح مقطع ورودی به این دلیل است که در کمپرسور محوری، جریان پس از فشرده شدن بایستی دوباره به سمت محفظه احتراق هدایت شود؛ هم‌چنین خود کمپرسور محوری نیز از حجم بیشتری برخوردار است. بنابراین موتوری که در آن از کمپرسور گریز از مرکز استفاده شده به نسبت کمپرسورهای محوری از نظر ظاهر، چاق‌تر و هم‌چنین کوتاه‌ تر به نظر می‌رسد.

محفظه احتراق

وظیفه محفظه احتراق در یک موتور، سوزاندن مقدار زیادی سوخت است. این سوخت به همراه هوایی می‌سوزد که از کمپرسور خارج شده. سوخت مد نظر نیز توسط نازل‌هایی که در محفظه قرار گرفته‌اند، درون هوای فشرده شده اسپری می‌شود. این عمل در حالت ایده‌آل با کمترین افت فشار ممکن و بیشترین انتقال حرارت انجام می‌شود.

میزان سوخت اضافه شده به هوای فشرده شده، به دمایی وابسته است که می‌خواهیم به آن دست یابیم. با این حال با توجه به محدودیت ساخت، بیشترین دمایی که می‌توان به آن رسید بین 850 تا 1700 درجه سانتی‌گراد است. توجه داشته باشید که قبل از ورود هوا به محفظه احتراق دمای هوا به میزان 650 تا 1150 درجه افزایش یافته است.
دمای گاز پس از احتراق به عددی معادل 1800 تا 2000 درجه سانتی‌گراد خواهد رسید. قریب به 60 درصد از حجم هوای ورودی، در احتراق شرکت نخواهد کرد و مستقیم به سمت مشعل حرکت خواهد کرد. مابقی هوایی که در احتراق شرکت نکرده کار خنک کردن دیواره نازل را انجام می‌دهد.

در حالت کلی سه نوع اصلی محفظه احتراق وجود دارد.
محفظه احتراق چند بخشی
حلقوی شکل (Annular)
حلقوی شکل با اتاقک جدا (Can Annular)
محفظه احتراق چند بخشی

این نوع از محفظه احتراق در کمپرسورهای گریز از مرکز و مدل‌های اولیه کمپرسورهای محوری استفاده می‌شود. احتراق چند‌بخشی، الهام گرفته از محفظه احتراق Whittle است. اتاقک‌ها مطابق شکل به صورت شعاعی و دور تا دور موتور قرار گرفته‌اند، هم‌چنین هوایی که از سمت کمپرسور می‌آید مستقیما به درون آن‌ها هدایت می‌شود. هر اتاقک شامل یک مشعل است که هوای ورودی از کمپرسور، اطراف آن قرار می‌گیرد. تمامی این مشعل‌ها نیز با هم ارتباط دارند. این ویژگی به اتاقک‌ها کمک می‌کند تا در یک فشار کاری یکسان، فعالیت کنند و هم‌چنین امکان پخش مشعل اطراف موتور وجود داشته‌ باشد.

محفظه حلقوی شکل با اتاقک جدا

این نوع از محفظه احتراق در واقع پلی میان نوع چند‌بخشی و حلقوی است. در این مدل تعدادی مشعل احتراق، به صورت حلقوی و در معرض هوا قرار داده می‌شوند. هم‌چنین جریان هوا همانند مدلی است که در بخش قبل به آن اشاره شد. این ترتیب قرار‌گیری مشعل‌ها، به نگه‌داری و تعمیرات و هم‌چنین کم‌حجم‌تر کردن موتور مذکور کمک می‌کند.

محفظه حلقوی

این نوع از محفظه احتراق شامل فقط یک مشعل است که به صورت حلقوی (همانند مدل قبلی) در معرض جریان هوای ورودی قرار می‌گیرد. مهم‎‌ترین مزیت در این مدل از محفظه احتراق این است که با فرض یک توان خروجی ثابت، فقط 75 درصد از قطر مدل قبلی نیاز و درنتیجه این مدل از وزن و قیمت کم‌تری برخوردار است.

توربین

وظیفه توربین در یک موتور جت، تولید نیرو به منظور به حرکت در آوردن کمپرسور و دیگر اجزای آن است. این کار با  گرفتن انرژی از گاز داغ انجام می‌شود، به نحوی که نهایتا دما و فشار آن افت خواهد کرد. دمای گازی که در معرض توربین قرار می‌گیرد، بین 850 تا 1700 درجه است، که از دمای ذوب موادی که با تکنولوژی کنونی ساخته می‌شوند، فاصله دارد.

به منظور ایجاد گشتاور مورد نیاز کمپرسور و دیگر اجزا موتور، چندین مرحله افت فشار و دما در توربین اتفاق می‌افتد. تعداد این مراحل به توان مد نظر، سرعت دورانی توربین و قطر آن وابسته است.

از نظر تئوری، هرچه دمای ورودی به توربین بیشتر باشد، راندمان موتور افزایش می‌یابد. اما در عمل به دلیل محدودیت در مواد استفاده شده در ساخت توربین، این مهم امکان‌پذیر نیست و یک حد بالایی از دمای ورودی به توربین قابل تعریف است. در حقیقت دمای توربین تا مقداری افزایش خواهد یافت که قطعات آن به شدت داغ و سرخ خواهند شد. در این حالت مواد انتخاب شده بایستی این قدرت را داشته‌ باشند تا بتوانند گشتاور و نیروی مد نظر را بدون ذوب شدن، انتقال دهند.

سوراخ‌های کوچکی در پره‌های توربین تعبیه شده که با جریان یافتن هوا میان آن‌ها سبب خنک شدنش می‌شوند.

نازل خروجی

موتور‌های مبتنی بر توربین گاز که در هواپیماها استفاده می‌شوند، از سیستمی تحت عنوان «اگزاست» (Exhaust) بهره می‌برند که وظیفه آن تخلیه گاز داغ به درون اتمسفر است. با بهره‌گیری از این سیستم، گاز خروجی سرعت خواهد گرفت، بنابراین امکان دستیابی به تراست مد نظر وجود خواهد داشت. طراحی اگزاست می‌تواند تاثیر به‌سزایی در کارکرد توربین گاز داشته‌ باشد. عملکرد این سیستم به دمای گاز ورودی، نرخ جرمی جریان، فشار و دمای گاز خروجی مد نظر طراحی وابسته است.

وظیفه اصلی اگزاست، جلوگیری از هدایت حرارتی به بقیه اجزاء موتور و هم‌چنین تنظیم سطح مقطع مناسب برای گاز خروجی است. اضافه کردن برخی ویژگی‌ها هم‌چون «معکوس‌کننده تراست» (به منظور کاهش سرعت هواپیما هنگام فرود آمدن)، دمپر صدا و یا سطح مقطع متغیر، طراحی این سیستم را پیچیده‌تر خواهد کرد.

پس‌سوز

علاوه بر اجزا استفاده شده در توربین گاز، از جزء دیگری نیز به منظور افزایش تراست خروجی استفاده می‌شود. پس‌سوز (بازگرمایش)، سیستمی است که به منظور افزایش نیروی تراست در مواقع معینی استفاده می‌شود، از جمله این مواقع می‌توان به هنگامی که هواپیما در حال بلند شدن و یا مشغول مانورهای جنگی است اشاره کرد.

از نظر مهندسی، تعبیه سیستم پس‌سوز در یک موتور، منجر به مصرف سوخت بسیار بیشتری نسبت به حالت عادی خواهد شد؛ بنابراین از این سیستم فقط در زمانی استفاده می‌شود که مسئله سوخت در موتورها اهمیت کمتری داشته باشد.

منبع:https://blog.faradars.org/jet-engine/