دسته: اخبار صنعت

کربن مونوکسید:

پردیس فناوری کیش_طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت_گروه فنی مهندسی

کربن مونوکسید (به انگلیسی: Carbon monoxide)، (با فرمول شیمیایی CO)،گازی است که بر اثر سوختن ناقص کربن به وجود می‌آید. این گاز بسیار سمی است اما رنگ و بوی خاصی ندارد. به همین دلیل کربن مونوکسید قاتل نامرئی نامیده می‌شود. میل ترکیبی کربن مونوکسید با هموگلوبین خون حدود ۲۰۰ برابر بیشتر از میل ترکیب گاز اکسیژن است. در خون انسان حدود ۵ درصد کربن مونوکسید وجود دارد اما اگر این مقدار به ۲۰ درصد برسد باعث مرگ خواهد شد.

کربن مونوکسید
Preferred IUPAC nameCarbon monoxide
دیگر نام‌هاCarbon monooxide Carbonous oxide Carbon(II) oxide Carbonyl
شناساگرها
شماره ثبت سی‌ای‌اس	۶۳۰-۰۸-۰
پاب‌کم	۲۸۱
کم‌اسپایدر	۲۷۵
UNII	7U1EE4V452
شمارهٔ ئی‌سی	211-128-3
شمارهٔ یواِن	1016
KEGG	D09706
MeSH	Carbon+monoxide
ChEBI	CHEBI:17245
شمارهٔ آرتی‌ئی‌سی‌اس	FG3500000
مرجع بیلشتین	3587264
مرجع جی‌ملین	421
جی‌مول-تصاویر سه بعدی	Image 1
SMILES [C-]#[O+]
InChI InChI=1S/CO/c1-۲  Key: UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N InChI=1/CO/c1-۲ Key: UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYAT
خصوصیات
فرمول مولکولی	CO
جرم مولی	28.010 g/mol
شکل ظاهری	colourless gas
بوی	odorless
چگالی	789 kg/m3 liquid 1.250 kg/m3 at 0 °C 1 atm 1.145 kg/m3 at 25 °C 1 atm
دمای ذوب	−۲۰۵٫۰۲ درجه سلسیوس (−۳۳۷٫۰۴ درجه فارنهایت؛ ۶۸٫۱۳ کلوین)
دمای جوش	‎−191.5 °C, 82 K, -313 °F
انحلال‌پذیری در آب	27.6 mg/1 L (25 °C)
انحلال‌پذیری	soluble in کلروفرم، استیک اسید، اتیل استات، اتانول، هیدروکسید آمونیوم، بنزن
ضریب شکست (nD)	1.0003364
گشتاور دوقطبی	0.122
ترموشیمی
آنتروپی مولار استاندارد So298	198 J·mol−1·K−1
آنتالپی استاندارد تشکیل ΔfHo298	−110.5 kJ·mol−1
خطرات
MSDS	ICSC 0023
شاخص ئی‌یو	۰۰۶-۰۰۱-۰۰-۲
طبقه‌بندی ئی‌یو	Highly flammable (F+) Very toxic (T+)
کدهای ایمنی	R۶۱ R۱۲ R۲۶ R48/23
شماره‌های نگهداری	S53 S45
لوزی آتش
نقطه اشتعال	−191 درجه سلسیوس (82.1 کلوین؛ −311.8 درجه فارنهایت)
دمای خودآتشگیری	609 درجه سلسیوس (882 کلوین؛ 1128 درجه فارنهایت)
ترکیبات مرتبط
مرتبط با carbon oxides	کربن دی‌اکسید کربن سابوکسید Oxocarbon
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

تأثیر کربن مونوکسید بر انسان

۱۱۲/۸ پیکومتر فاصلهٔ میان کربن و اکسیژن است.

وقتی کربن مونوکسید وارد سیستم تنفسی شخصی شود بلافاصله با گلبول‌های قرمز شخص وارد واکنش شده و باعث می‌شود که اکسیژن کمتری به اعضای بدن برسد که اولین عارضه این مسئله در ابتدا سوزش چشم‌ها و پس از سپری شدن زمانی بین ۱ الی ۲ ساعت بسته به غلظت گاز کربن مونواکسید موجود در مکان فرد احساس خواب آلودگی و خستگی مفرط می‌کند. در این حالت اعضای بدن گِزگِز کرده و اگر بدن شخص حساس باشد دچار خونریزی بینی می‌شود. اگر شخص سعی کند سرپا بایستد دچار سرگیجه به همراه حالت تهوع شده و چشم‌ها در این حالت اغلب سیاهی می‌رود. در ادامه ممکن است شخص دچار بیهوشی شود. البته روند تمام این عوامل بستگی دارد به شرایط فیزیکی بدن فرد و شرایط محل سکون و البته عواملی از جمله شرایط زندگی فرد مورد نظر از جمله سیگاری بودن محیط کاری و … که باعث تغییر در عملکرد ریه‌ها و سایر نقاط بدن بستگی دارد اما باز هم نتایج و روند مسمومیت در افراد مختلف با تمام شرایط بالا باز هم متغیر است و حتمی نیست. احتیاط را همیشه به خاطر داشته باشید. بعضاً دیده و شنیده‌هایی حاکی از اقدام عمدی افراد در معرض خطر مسمومیت ثابت کرده که دلایلی از جمله خود کشی با این گاز به ثبت رسیده پس اگر فرزند برادر خواهر یا هر فردی که دلایل یا شرایط نابهنجاری را تجربه کرده‌اند در گروه مسمومیت یا مرگ ناشی از استشمام این گاز قرار دارند. این افراد را تنها رها نکنید و سرکشی و مراقبت را فراموش نکنید. فرتور شبیه‌سازی شدهٔ سه‌بُعدی.

یکی از نشانه‌های مسمومیت با کربن مونوکسید این است که وقتی شخص محیط خود را تغییر می‌دهد بهبود یافته و در قرار گرفتن مجدد در محیط دچار حالات قبلی می‌گردد. اگر غلظت کربن مونوکسید در خون بیشتر از ۳۰ درصد شود ضربان قلب شخص نیز افزایش می‌یابد. در غلظت‌های بیش از ۴۰ درصد اختلالت حرکتی، سرگیجه، کاهش حافظه و ناتوانی در حرکت اندام‌ها می‌شود.

تمامی وسایل و دستگاه‌هایی که وظیفه سوزاندن چیزی را به عهده دارند (مانند یک بخاری گازی یا نفتی، یک آب‌گرم‌کن یا حتی موتور یک خودرو) تا حدودی مونواکسیدکربن تولید می‌کنند، میزان این تولید به شرایط احتراق (سوختن) بستگی دارد؛ هرچه میزان اکسیژن در هنگام سوختن کمتر باشد بخش بیشتری از کربن‌ها دچار ناقص سوزی می‌شوند و به جای دی‌اکسید کربن (CO_۲) مونواکسیدکربن (CO) تولید می‌کنند.

افرادی که در یک فضای سربسته در معرض استنشاق این گاز قرار می‌گیرند ابتدا احساس کرختی و خواب آلودگی می‌کنند و در صورتی که هرچه سریعتر مکان را ترک نکنند یا هوای تازه تنفس نکنند دچار بیهوشی و در نهایت خفگی می‌شوند.

برای دوری از خطرات همین گاز است که مدام توصیه می‌شود برای بخاری‌های گازی منازل حتماً از دودکش‌های H استفاده شود.

کربن مونوکسید از هوا سبکتر است و در قسمت‌های فوقانی محل‌های سرپوشیده بیشتر تجمع می‌کند. در کربن مونوکسید یک پیوند سه‌گانه کربن را به اکسیژن متصل می‌نماید که طول آن حدود ۱۱۲/۸ پیکومتر است.

پادزهر سم مونوکسید کربن

محققان در آزمایشگاه با استفاده از نوروگلوبین پادزهری برای مقابله با این سم ساختند. نوروگلوبین پروتئینی که معمولاً در مغز و شبکیه چشم یافت می‌شود. این پروتئین به وسیله اتصال اکسیژن و نیتریک اکسید از سلول‌ها در برابر آسیب‌ها دفاع می‌کند. این آزمایش روی موش‌ها با موفقیت اجرا شد. در این مطالعه که روی موش شد، دسته‌ای از نوروگلوبین‌ها تغییر یافته‌ای که اتصال با CO آن‌ها ۵۰۰ بار قوی‌تر از اتصالات هموگلوبین بود را استفاده کردند. مولکول‌های CO-laden از طریق کلیه‌ها دفع می‌شدند. به گزارش این گروه، در طی ۵ دقیقه که موش در معرض این سم کشنده بود، نوروگلوبین تا ۸۷ درصد موجب نجات موش شد. با این حال، مسمویت مونوکسید کربن یک سری مسیرهای ایمنولوژیکی را فعال می‌کند که موجب آسیب‌های شدید به سیستم‌های قلب و اعصاب می‌شود

پردیس فناوری کیش_طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت_گروه فنی و مهندسی

هیدروکلریک اسید:

هیدروکلریک اسید یک محلول شفاف، بی‌رنگ و با بوی بسیار تند از هیدروژن کلرید (HCl) در آب است. یک اسید معدنی بسیار خورنده و قوی با استفاده‌های صنعتی زیاد است. هیدروکلریک اسید به‌طور طبیعی در اسید معده یافت می‌شود. پی‌اچ (pH) این اسید بین ۰ تا ۲ می‌باشد.

هیدروکلریک اسید از قدیم به نام‌های اسیدم سالیس، موریاتیک اسید و جوهر نمک معروف بوده و از ویتریول (سولفوریک اسید) و نمک طعام به دست آمد. هیدروکلریک اسید آزاد ابتدا در قرن شانزدهم توسط آندریاس لیباویوس رسماً معرفی شد. بعدتر، توسط شیمیدان‌هایی مثل ژوهان رودولف گلابر، جوزف پریستلی و همفری دیوی در تحقیقات علمی شان مورد استفاده قرار گرفت.

با آغاز تولید گسترده در انقلاب صنعتی، هیدروکلریک اسید در صنایع شیمیایی به عنوان یک واکنش گر ناب در تولید مقیاس بزرگ وینیل کلرید برای پلاستیک وی.وی. سی، و MDI/TDI برای پُلی اُورِتان مورد استفاده قرار گرفت. کاربری‌های زیادتری هم در مقیاس کوچک دارد که شامل خانه‌داری، ساخت ژلاتین و دیگر افزودنی‌های غذایی، رسوب‌زدایی و چرم سازی می‌باشد. حدود ۲۰ میلیون تن از هیدروکلریک اسید سالانه در جهان تولید می‌شود.

همچنین گفته می‌شود جابر بن حیان این اسید را کشف کرده‌است. از این اسید برای جرم‌گیری از سطوح مختلف استفاده می‌شود. هیدروکلریک اسید در معده نیز وجود دارد و به هضم غذا کمک می‌کند. تنفس بخار هیدروکلریک اسید خطرناک است و به دستگاه تنفسی آسیب می‌رساند و اگر قطره‌ای از آن بر روی پوست بدن بچکد تولید تاول و حتی جراحت‌های عمیق می‌کند و در چنین مواردی باید بلافاصله با محلول قلیایی رقیق مانند محلول سودا یا جوش شیرین اثر اسید را خنثی کرد. گفته شده که جابر بن حیان هیدروکلریک اسید و اسیدهای دیگری مانند نیتریک اسید، سیتریک اسید (جوهر لیمو) و استیک اسید (جوهر سرکه) را می‌شناخته و ویژگی‌های آن‌ها را کشف کرده‌است.

وجه تسمیه

هیدروکلریک اسید برای کیمیاگران اروپایی با عنوان جوهر نمک یا اسیدم سالیس (نمک اسید) شناخته شده بود. هر دو نام هنوز هم رایج هستند به خصوص در زبان‌های غیر انگلیسی مثل زبان آلمانی: Salzsäure، زبان هلندی: Zoutzuur، زبان سامی شمالی: Saltsyra و زبان لهستانی: kwas solny. HCl گازی هوای اسید دریایی نامیده می‌شد. نام قدیمی (قبل از نام قاعده دار) موریاتیک اسید نیز ریشهٔ یکسانی دارد و بعضی اوقات به کار می‌رود (موریاتیک یعنی “مربوط به آب نمک یا نمک”).^[۱][۲] نام «هیدروکلریک اسید» توسط شیمیدان فرانسوی ژوزف لویی گیلوساک در ۱۸۱۴ ابداع شد.^[۳]

تاریخچه

تیزاب سلطانی، مخلوطی از هیدروکلریک اسید و نیتریک اسید، که با حل شدن نشادر در نیتریک اسید تهیه می‌شود، توسط سئودو گبر (جابر بن حیان بدلی)، شیمیدان اروپایی قرن ۱۳ تشریح شد. دیگر مراجع اذعان دارند که اولین اشاره به تیزاب سلطانی در دست خط‌های موجود امپراتوری روم شرقی با تاریخ اواخر قرن سیزدهم یافت شده‌است.^{[۹][۱۰][۱۱]}

هیدروکلریک اسید آزاد اولین بار به صورت رسمی در قرن ۱۶ توسط آندریاس لیباویوس معرفی شده‌است که آن را با گرم کردن نمک در بوته چینی خاک رسی به دست آورد.^[۱۲] دیگر نویسندگان ادعا می‌کنند که هیدروکلریک اسید خالص اولین بار توسط کاهن بندیکتی باسیل والنتین آلمانی در قرن ۱۵،^[۱۳] با گرم کردن نمک طعام معمولی و آهن(II) سولفات کشف شده‌است.^[۱۴] درحالیکه دیگران مدعی اند که هیچ مرجع قابل اعتمادی راجع به اینکه هیدروکلریک اسید خالص تا اواخر قرن شانزدهم به دست آمده باشد، وجود ندارد.^[۱۵]

در قرن هفدهم، ژوهان رودولف گلابر از کارل اشتات آم ماین از نمک سدیم کلرید و سولفوریک اسید برای تهیهٔ سدیم سولفات در واکنش مانهایم استفاده کرد که گاز هیدروژن کلرید آزاد می‌کرد. جوزف پریستلی از لیدز انگلستان، هیدروژن کلرید خالص را در ۱۷۷۲ تهیه کرد،^[۱۶] و در ۱۸۰۸ همفری دیوی از پزانس انگلستان، ثابت کرده بود که ترکیب شیمیایی شامل هیدروژن و کلر بوده‌است.^[۱۷]

همزمان با انقلاب صنعتی در اروپا، تقاضا برای مواد قلیایی افزایش یافت. فرایند جدیدی توسط نیکولاس لبلانک (ایسودان، فرانسه) تولید ارزان قیمت و گستردهٔ سدیم کربنات (جوش شیرین) را ممکن کرد. در این فرایند لبلانک، نمک طعام با استفاده از سولفوریک اسید، سنگ آهک و زغال‌سنگ ضمن آزاد کردن هیدروژن کلرید به عنوان فراوردهٔ جانبی، به جوش شیرین تبدیل می‌شود. تا زمان قانون قلیایی ۱۸۶۳ در برتانیا و قوانین مشابه در دیگر کشورها، HCl اضافی وارد هوا می‌شد. بعد از قانون‌گذاری، تولیدکنندگان جوش شیرین مجبور به انتقال گاز اتلافی به آب و جذب آن در آب شدند تا هیدروکلریک اسید در مقیاس صنعتی تولید کنند.^[۱۸]

در قرن بیستم، فرایند لبلانک جای خود را به فرایند سولوای که فراوردهٔ جانبی هیدروکلریک اسید تولید نمی‌کرد و مؤثرتر بود، داد. به خاطر آن که هیدروکلریک اسید همچنان به عنوان یک ماده شیمیایی مهم در کاربردهای متعدد شناخته می‌شد، میل تجاری روش‌های تولید دیگری را نیز موجب شد که برخی همچنان به کار گرفته می‌شوند. بعد از سال ۲۰۰۰، هیدروکلریک اسید بیشتر با جذب هیدروژن کلرید اضافی از تولید ترکیبات آلی صنعتی تولید می‌گردد.^[۱۸]

از ۱۹۸۸، هیدروکلریک اسید با عنوان پیشرو در جدول دوم پیمان نامه سازمان ملل علیه خرید و فروش غیرقانونی مواد مخدر و مواد روانگردان در سال ۱۹۸۸ به علت استفاده از آن در تولید و ساخت هروئین، کوکائین و مت آمفتامین ذکر شده‌است.^[۱۹]

خواص شیمیایی و واکنش‌ها

هیدروژن کلرید (HCl) اسید تک پروتونی است، به این معنی که می‌تواند فقط یک بار تفکیک شود (مثلاً یونیزه) تا یک یون H⁺ (یک پروتون تنها) آزاد کند. در هیدروکلریک اسید آبی، H⁺ به یک مولکول آب می‌پیوندد تا یک یون هیدرونیوم، H₃O⁺ تشکیل دهد:^[۲۰][۲۱] HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻

دیگر یون تشکیل شده Cl⁻، یون کلرید است؛ بنابراین هیدروکلریک اسید می‌تواند برای تهیه نمک‌های کلرید، مثل سدیم کلرید به کار رود. هیدروکلریک اسید یک اسید قوی است چون در اصل به‌طور کامل در آب تفکیک می‌شود.

اسیدهای تک پروتون دار یک ثابت تفکیک اسیدی، K_a، دارد که نشانگر میزان تفکیک در آب است. برای یک اسید قوی مثل HCl، مقدار K_a بزرگ است. تلاش‌های نظری برای اختصاص یک K_a به HCl انجام پذیرفته‌اند.^[۲۲] وقتی نمک‌های کلرید مثل NaCl به HCl آبی اضافه می‌شوند، عملاً تأثیری بر pH ندارند، این یعنی که Cl⁻ یک باز مزدوج بسیار ضعیف است و HCl کاملاً در محلول آبی تفکیک شده‌است. برای محلول‌های متوسط تا قوی هیدروکلریک اسید، فرض اینکه مولاریتهی H⁺ (یک یکای غلظت) دقیقاً برابر با مولاریتهٔ HCl است، با توجه به چهار رقم معنی دار درست است.

از بین شش اسید معروف قوی از اسیدهای معدنی در شیمی، هیدروکلریک اسید، یک پروتون دارد و کمترین تمایل را به شرکت در یک واکنش اکسایش-کاهش دارد. برخلاف اسیدی بودن آن، یکی از کم خطرترین اسیدها برای استفاده است زیرا شامل یون کلرید واکنش ناپذیر و غیر سمی است. محلول‌های نسبتاً قوی هیدروکلریک اسید ضمن نگهداری شان کاملاً پایدار هستند و غلظت آن‌ها در زمان ثابت می‌ماند. این ویژگی‌ها به علاوهٔ این که به عنوان یک واکنشگر ناب خالص در دسترس است، هیدروکلریک را به یک واکنش گر اسیدی عالی مبدل می‌سازد.

هیدروکلریک اسید یک اسید مطلوب در تیتراسیون برای تعیین مقدار بازها است. تیترانت‌های اسید قوی نتایج دقیق تری به خاطر نقطه پایانی متمایزشان می‌دهند. آزئوتروپ یا (محلول نقطه جوش ثابت) هیدروکلریک اسید (تقریباً ۲۰٫۲٪) را می‌توان به عنوان استاندارد اولیه در تحلیل‌های کمی به کار برد اگرچه، غلظت دقیق آن به فشار جوی که در آن تهیه شده‌است، بستگی دارد.^[۲۳]

استفاده از هیدروکلریک اسید در شیمی تجزیه برای تهیه محلول‌ها (ی “ساده”) جهت تجزیه بسیار رایج است. هیدروکلریک اسید غلیظ گاز هیدروژن، کلریدهای فلز اکسید شده و فلزهای زیادی را در خود حل می‌کند و با ترکیب‌های بازی مثل سدیم کربنات یا مس (II) اکسید واکنش داده و کلریدهای حل شده‌ای را ترکیب می‌کند که قابل تحلیل هستند.

خواص فیزیکی

دمای ذوب به عنوان یک تابع از غلظت HCl در آب^[۲۴][۲۵]

خواص فیزیکی هیدروکلریک اسید، مثل نقطه جوش و دمای ذوب، چگالی و pH بستگی به غلظت یا مولاریته HCl در محلول آبی دارند که از خواص آب در غلظت‌های نزدیک به ۰٪ اسید تا مقادیر بخاری هیدروکلریک اسید در بیش از 40% HCl متغیر هستند.^[۲۶]

هیدروکلریک اسید به عنوان مخلوط دوتایی (دو جزئی) از HCl و H₂O آزئوتروپ نقطه جوش ثابتی در 20.2% HCl و ۱۰۸٫۶ ˚F (227 ˚F) دارد. چهار نقطه اوتکتیک ثابت بلوری شدن برای هیدروکلریک اسید، بین شکل‌های بلور HCl•H₂O (68% HCl), HCl•2H₂O (51% HCl), HCl•3H₂O (۴۱٪)، HCl•6H₂O (25% HCl) و یخ (0% HCl) وجود دارد. هم چنین نقطه ثابت اوتکتیک در ۲۴٫۸٪ بین یخ و بلور HCl•3H₂O موجود است.

تولید

هیدروکلریک اسید با حل شدن هیدروژن کلرید در آب تهیه می‌شود. هیدروژن کلرید را می‌توان با روش‌های گوناگونی تولید کرد و این یعنی راه‌های زیادی برای ساخت هیدروکلریک اسید موجودند. تولید مقیاس بزرگ هیدروکلریک تقریباً همیشه با تولید در مقیاس صنعتی دیگر مواد شیمیایی انجام می‌پذیرد.

بازار صنعتی

هیدروکلریک اسید در محلول‌های تا ۳۸٪ از HCl (مقدار غلیظ) تهیه می‌شود. غلظت‌های بیشتر فقط تا ۴۰٪ از نظر شیمیایی قابل تولید هستند، اما نرخ تبخیر از آن به بعد به قدری بالا است که نگهداری و استفاده از آن نیازمند ملاحظات اضافی تری است مثل دمای پایین و فشار بالا. پس میزان عمدهٔ صنعتی آن ۳۰٪ تا ۳۴٪ است که با توجه به حمل و نقل مناسب و اتلاف مادهٔ محدود به علت بخارهای HCl بهینه شده‌است. غلظت‌های بیشتر را به جهت کنترل اتلاف از طریق تبخیر باید فشرده و سرد نمود. در ایالات متحده، محلول‌های بین ۲۰٪ تا ۳۲٪ با نام اسید موریاتیک فروخته می‌شوند. محلول‌های مورد استفاده اغلب برای نظافت خانه‌ها در ایالات متحده، معمولاً ۱۰٪ تا ۱۲٪ هستند که هشدارهای جدی برای رقیق‌تر کردن شان قبل از استفاده دارند. در بریتانیا، که با نام «جوهر نمک» برای نظافت خانگی فروخته می‌شود، قدرت اسید برابر همان مقدار در ایالات متحده است.

تولیدکنندگان بزرگ جهانی شامل شرکت داو کمیکال ۲ میلیون تن در سال از HCl گازی، شرکت جرجیا گالف، شرکت توسوه، آکزونوبل و تساندرلو بین ۰٫۵ تا ۱٫۵ میلیون تن در سال تولید دارند. تولید کل جهان، که برای استفاده‌های آماری بر اساس میزان HCl توصیف شده‌است، حدود ۲۰ میلیون تن در سال تخمین زده می‌شود که ۳ میلیون تن از طریق تولید مستقیم و مابقی از طریق استفاده از ترکیب‌های آلی و مشابه و تولید فراوردهٔ ثانوی تأمین می‌گردند. تا کنون، غالب هیدروکلریک اسید منحصراً توسط تولیدکننده مصرف می‌شود. میزان آن در بازار آزاد جهانی ۵ میلیون تن در سال تخمین زده می‌شود.

اسیدشویی فولاد

یکی از مهم‌ترین استفاده‌های هیدروکلریک اسید در اسیدشویی فولاد است تا زنگ یا اکسید آهن را از روی آهن یا فولاد قبل از ورود آن‌ها به واکنش‌های بعدی مثل اکستروژن، نورد، “گالوانی کردن و دیگر تکنیک‌ها، بزداید. HCl در کیفیت فنی با غلظت معمولاً ۱۸٪ رایج‌ترین عامل اسیدشویی برای اسیدشویی فولادهای کربنی است. Fe₂O₃ + Fe + 6 HCl → 3 FeCl₂ + 3 H₂O

اسید مصرف شده استفادهٔ بسیاری در محلول‌های کلرید آهن (II) (هم چنین معروف به فررو کلرید) دارد اما مقادیر بالای فلزات سنگین در مایع اسیدشویی این عملیات را با مشکل مواجه کرده‌است.

صنعت اسیدشویی فولاد فرایندهای بازسازی هیدروکلریک اسید را بهبود بخشیده‌است، مثل فرایند بازسازی HCl سرخ‌کنندهٔ اسپری یا بستر سیال که بازیافت HCl را از مایع اسیدشویی مصرف شده ممکن می‌سازد. رایج‌ترین فرایند بازسازی فرایند پیروهیدرولیز طی واکنش زیر است: 4 FeCl₂ + 4 H₂O + O₂ → 8 HCl+ 2 Fe₂O₃

با بهبودی اسید مصرف شده یک حلقه اسیدی بسته ساخته می‌شود. فراوردهٔ جانبی اکسید آهن (II) از واکنش بازسازی باارزش است چون در بسیاری از صنایع ثانوی به کار می‌رود.

تولید ترکیبات آلی

دیگر استفاده مهم هیدروکلریک اسید در تولید ترکیبات آلی، مثل وینیل کلرید و دی کلرواتان برای پلی وینیل کلراید (PVC) است. معمول این کار یک استفادهٔ غیرآزاد است زیرا مصرف محلی هیدروکلریک اسید تولید شده در واقع به بازار آزاد نمی‌رسد. دیگر ترکیبات آلی تولید شونده توسط هیدروکلریک اسید عبارتند از بیسفنول ای برای پلی کربنات، کربن فعال و اسید اسکوربیک مثل تولیدات متعدد داروهای شیمیایی. 2 CH₂=CH₂ + 4 HCl + O₂ → 2 ClCH₂CH₂Cl + 2 H₂O (دی کلرواتان توسط اکسی کلری شدن)

چوب + HCl + حرارت ← کربن فعال (فعال سازی شیمیایی)

تولید ترکیبات غیرآلی

محصولات زیادی توسط هیدروکلریک اسید طی یک واکنش اسید و باز طبیعی منجر به ترکیبات معدنی (غیرآلی) تولید می‌شوند و هم چنین مواد شیمیایی درگیر با آب مثل کلرید آهن (III) و پلی آلومینیوم کلراید (PAC). Fe₂O₃ + 6 HCl → 2 FeCl₃ + 3 H₂O (کلرید آهن (III) از مگنتیت)

کلرید آهن (III) و PAC هر دو به عنوان عوامل لخته سازی و انعقاد در تصفیه آب و فاضلاب، تولید آب آشامیدنی و تولید کاغذ به کار می‌روند. دیگر ترکیبات معدنی تولید شونده با هیدروکلریک اسید شامل کلرید کلسیم، نمک پخش در جاده، کلرید نیکل (II) برای آبکاری الکتریکی و کلرید روی برای صنعت گالوانی کردن و تولید باتری هستند. CaCO₃ + 2 HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O (کلرید کلسیم از سنگ آهک)

کنترل pH و خنثی سازی

هیدروکلریک اسید هم چنین برای تنظیم اسیدی بودن (pH) محلول‌ها به کار می‌رود. OH⁻ + HCl → H₂O + Cl⁻

در خلوص مورد نیاز صنایع (غذایی، دارویی، آب آشامیدنی)، هیدروکلریک اسید با کیفیت برای تنظیم pH فرایند جریان‌های آبی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در صنایع کم‌تقاضا، هیدروکلریک اسید با کیفیت فنی برای خنثی سازی جریان‌های اتلافی و مراقبت از استخر شنا به کار گرفته می‌شود.

بازسازی مبدل‌های یونی

هیدروکلریک اسید پر کیفیت در بازسازی یک رزین مبدل یون به کار گرفته می‌شود. تبادل کاتیون به‌طور گسترده برای حذف یون‌هایی مثل Na⁺ و Ca²⁺ از محلول‌های آبی در تولید آب معدنی شده مورد استفاده قرار می‌گیرد. اسید برای شستن کاتیون‌ها از رزین‌ها به کار می‌رود. Na⁺ با H و Ca²⁺ با 2Hجایگزین می‌شود.

مبادله می‌شوند. مبدل‌های یونی و آب معدنی در تمام صنایع شیمیایی، تولید آب آشامیدنی و اکثر صنایع غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

دیگر کاربردهای هیدروکلریک اسید

هیدروکلریک اسید در تعداد زیادی از کاربری‌های مقیاس کوچک مثل فرایند چرم سازی، خالص سازی نمک طعام، نظافت و خانه‌داری،^[۲۷] و بنای ساختمان‌ها به کار می‌رود. تولید نفت را می‌توان با تزریق هیدروکلریک اسید در بستر صخره‌ای یک چاه نفت، حل کردن یک بخش از صخره و ساختن یک منفذ بزرگ تحریک کرد. اسیدزنی چاه نفت یک فرایند معمول در صنعت تولید نفت دریای شمال است.

هیدروکلریک اسید برای حل کردن کلسیم کربنات نیز به کار می‌رود به عنوان مثال برای پوسته پوسته کردن کتری‌ها و برای پاک کردن ملات از آجرکاری‌ها. البته یک مایع خطرناک است که باید با دقت کافی از آن استفاده کرد. ضمن استفاده روی یک آجرکاری، واکنش آن با ملات تا جایی که کل اسید تبدیل شود ادامه می‌یابد و کلسیم کربنات، کربن دی‌اکسید و آب را به همراه دارد:
2HCl + CaCO₃ → CaCl₂ + CO₂ + H₂O

اکثر واکنش‌های شیمیایی هیدروکلریک اسید در تولید غذا، مواد تشکیل دهنده غذا و افزودنی‌های غذایی به کار گرفته می‌شوند. محصولات رایج عبارتند از آسپارتام، فروکتوز، سیتریک اسید، لیزین، پروتئین گیاهی هیدرولیز شده با اسید به عنوان مقوی غذایی، و در تولید ژلاتین. هیدروکلریک اسید مورد استفاده در صنایع غذایی (خیلی خالص) را می‌توان موقع نیاز برای محصول نهایی به کار برد.

در سیاره زهره ابرهایی از هیدروکلریک اسید با غلظت کم وجود دارد.

نقش بیولوژیک

نمودار غشاء مخاطی قلیایی در معده با مکانیزم‌های دفاعی مخاطی

اسید معده یکی از ترشحات اصلی معده است و به‌طور عمده شامل هیدروکلریک اسید بوده و محتوای معده را طوری اسیدی می‌کند که پی اچ بین ۱ و ۲ داشته باشد.^[۲۸][۲۹]

یون‌های کلرید (Cl⁻) و هیدروژن (H⁺) در ناحیهٔ بالایی معده توسط یاخته جداری از مخاط اسید معده ترشح می‌شوند و به سمت یک شبکهٔ ترشحی به نام کانالیکولی قبل از اینکه وارد حفره پایینی معده شوند، هدایت می‌شوند.^[۳۰]

اسید معده مانند یک سد مقابل ریزاندامه‌ها برای جلوگیری از عفونت‌ها ظاهر می‌شود و برای هضم غذا اهمیت زیادی دارد. پی اچ پایین آن پروتئین‌ها را دناتوره می‌کند و در نتیجه آن‌ها را برای تخریب توسط آنزیم‌های گوارشی مثل پپسین حساس می‌کند. پی اچ پایین هم چنین آنزیم پیشروی پپسینوژن را فعال و تبدیل به آنزیم فعال پپسین (با خودشکافی) می‌کند. بعد از ترک معده، هیدروکلریک اسید کیموس توسط سدیم بی کربنات در دوازدهه خنثی می‌شود.

خود معده با ترشح لایهٔ ضخیم مخاط، و با سکرتین ناشی از محلول بافر سدیم بی کربنات در مقابل این اسید قوی از خود محافظت می‌کند. سوزش یر دل یا زخم معده وقتی این مکانیزم‌ها دچار مشکل شوند، رخ می‌دهند. داروهای آنتی هیستامین و دسته‌های مهارکننده‌های پروتون پمپ می‌توانند تولید اسید در معده را مهار کنند، و آنتاسیدها نیز برای خنثی تر کردن اسید موجود مورد استفاده قرار می‌گیرند.^[۳۱]

ایمنی

هیدروکلریک اسید غلیظ (هیدروکلریک اسید بخار) مه‌های اسیدی تشکیل می‌دهد. مه و محلول هر دو تأثیر خورنده بازگشت‌ناپذیری بر بافت انسان با قابلیت تخریب اندام‌های تنفسی، چشم‌ها، پوست و روده‌ها دارند. پس از اختلاط هیدروکلریک اسید با مواد شیمیایی اکسیدکنندهٔ معمول مثل سدیم هیپوکلریت (سفیدکننده، NaClO) یا پتاسیم پرمنگنات (KMnO₄)، گاز سمی کلر تولید می‌شود. NaClO + 2 HCl → H₂O + NaCl + Cl₂2 KMnO₄ + 16 HCl → 2 MnCl₂ + 8 H₂O + 2 KCl + 5 Cl₂

تجهیزات ایمنی مثل دستکش‌های لاستیکی یا PVC، عینک‌های ایمنی محافظ چشم و کفش‌ها و لباس‌های مقاوم در برابر مواد شیمیایی برای به حداقل رساندن خطرات استفاده از هیدروکلریک اسید به کار می‌روند. آژانس حفاظت محیط زیست ایالات متحده آمریکا هیدروکلریک اسید را یک مادهٔ سمی معرفی کرده و مقررات آن را تنظیم می‌نماید.^[۳۳]

شماره بین‌المللی کالاهای خطرناک یا شمارهٔ وزارت ترابری آمریکا (DOT) آن ۱۷۸۹ است. این شماره روی یک پلاکارد بر روی محفظه نمایش داده می‌شود.

پردیس فناوری کیش_طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت_گروه فنی و مهندسی

اب سنگین:

آب سنگین معمولاً به اکسید هیدروژن سنگین، D_۲O یا ^۲H_۲O اطلاق می‌شود. هیدروژن سنگین یا دوتریم (Deuterium) ایزوتوپی پایدار از هیدروژن است که به نسبت یک به ۶۴۰۰ از اتم‌های هیدروژن در طبیعت وجود دارد. در آب سنگین (با فرمول D_۲O) ایزوتوپ هیدروژن به نام دوتریم (با نماد اتمی ^۲H یا D) با اکسیژن ترکیب شده‌است. خواص فیزیکی و شیمیایی آن به نوعی مشابه با آب معمولی یا همان H_۲O است. از کاربردهای این آب می‌توان به استفاده از آن در رآکتورهای هسته‌ای با سوخت اورانیم، به عنوان مهارگر (Moderator) به جای گرافیت و نیز عامل انتقال گرمی رآکتور نام برد.^[۱]

دوتریم اکسید
نام‌گذاری آیوپاک[2H]2-water
دیگر نام‌هاDeuterium monoxide Deuterium oxide Water-d2
شناساگرها
شماره ثبت سی‌ای‌اس	۷۷۸۹-۲۰-۰
پاب‌کم	۲۴۶۰۲
کم‌اسپایدر	۲۳۰۰۴
UNII	J65BV539M3
شمارهٔ ئی‌سی	232-148-9
KEGG	D03703
MeSH	Deuterium+oxide
ChEBI	CHEBI:41981
ChEMBL	CHEMBL۱۲۳۲۳۰۶
شمارهٔ آرتی‌ئی‌سی‌اس	ZC0230000
مرجع جی‌ملین	97
جی‌مول-تصاویر سه بعدی	Image 1
SMILES [2H]O[2H]
InChI InChI=1S/H2O/h1H2/i/hD2  Key: XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N InChI=1/H2O/h1H2/i/hD2 Key: XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACEI
خصوصیات
فرمول مولکولی	2H2O
جرم مولی	20.0276 g mol−1
شکل ظاهری	Very pale blue transparent liquid very similar to regular water
چگالی	1.107 g cm−3
دمای ذوب	۳٫۸ درجه سلسیوس (۳۸٫۸ درجه فارنهایت؛ ۲۷۶٫۹ کلوین)
دمای جوش	‎101 °C, 374 K, 214 °F
انحلال‌پذیری در آب	Reacts
log P	−1.38
گرانروی	0.00125 Pa s (at 20 °C)
گشتاور دوقطبی	1.87 D
خطرات
MSDS	External MSDS
لوزی آتش
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

با آب سخت اشتباه نشود.

ساختار و خواص شیمیایی

مولکول آب سنگین همانند مولکول آب معمولی، یک مولکول قطبی است و زاویه پیوند در آن کم‌تر از زاویه چهاروجهی منتظم، یعنی کم‌تر از ۱۰۹٫۵ درجه است.^[۲] این مولکول همانند آب معمولی به عنوان یک ماده آمفی‌پروتیک عمل می‌کند؛ یعنی می‌تواند یون هیدروژن بدهد و بگیرد (در این‌جا ایزوتوپ دوتریم است که به شکل یون مثبت، مبادله می‌گردد).^[۳] به دلیل کوچک‌تر بودن ایزوتوپ دوتریم نسبت به پروتیم (هیدروژن معمولی) طول پیوند O-D در آب سنگین اندکی از طول پیوند آب معمولی (O-H) کم‌تر است.

تاریخچه

والتر راسل در سال ۱۹۲۶ با استفاده از جدول تناوبی «مارپیچ» وجود دوتریم را پیش‌بینی کرد.

هارولد یوری شیمیدان و از پیشتازان فعالیت روی ایزوتوپها که در سال ۱۹۳۴ جایزه نوبل در شیمی گرفت در سال ۱۹۳۱ ایزوتوپ هیدروژن سنگین را که بعدها به منظور افزایش غلظت آب مورد استفاده قرار گرفت، کشف کرد.

همچنین در سال ۱۹۳۳، گیلبرت نیوتن لوویس (Gilbert Newton Lewis شیمیدان و فیزیکدان مشهور آمریکایی) استاد هارولد یوری توانست برای اولین بار نمونه آب سنگین خالص را به‌وسیله عمل برق‌کافت تولید کند.

اولین کاربرد علمی از آب سنگین در سال ۱۹۳۴ توسط دو بیولوژیست به نام‌های هوسی (Hevesy) و هافر (Hoffer) صورت گرفت. آن‌ها آب سنگین را برای آزمایش ردیابی بیولوژیکی، به منظور تخمین میزان بازدهی آب در بدن انسان، مورد استفاده قرار دادند.

روش تهیه

در طبیعت از هر ۳۲۰۰ مولکول آب یکی آب نیمه سنگین (HDO) است. هنگامی که مقدار HDO در آب زیاد شد، میزان آب سنگین نیز بیشتر می‌شود زیرا مولکول‌های آب هیدروژن‌های خود را با یکدیگر عوض می‌کنند و احتمال دارد که از دو مولکول HDO یک مولکول H_۲O یا آب معمولی و یک مولکول D_۲O یا آب سنگین به وجود آید. برای تولید آب سنگین خالص با استفاده از روش‌های تقطیر یا الکترولیز به دستگاه‌های پیچیده تقطیر و الکترولیز و همچنین مقدار زیادی انرژی نیاز است، به همین دلیل بیشتر از روش‌های شیمیایی برای تهیه آب سنگین استفاده می‌کنند.

کاربردهای صنعتی

کندکننده نوترون

آب سنگین در بعضی از انواع رآکتورهای هسته‌ای نیز به عنوان کندکننده نوترون به کار می‌رود. نوترون‌های کند می‌توانند با اورانیوم واکنش بدهند. از آب سبک یا آب معمولی هم می‌توان به عنوان کندکننده استفاده کرد، اما از آنجایی که آب سبک نوترونهای حرارتی را هم جذب می‌کنند، رآکتورهای آب‌سبک باید از اورانیوم غنی شده با خلوص زیاد استفاده کنند، اما رآکتور آب‌سنگین می‌تواند از اورانیوم معمولی یا غنی نشده هم استفاده کند، به همین دلیل تولید آب سنگین به بحث‌های مربوط به جلوگیری از توسعه سلاح‌های هسته‌ای مربوط است. رآکتورهای تولید آب سنگین را می‌توان به گونه‌ای ساخت که بدون نیاز به تجهیزات غنی سازی، اورانیوم را به پلوتونیوم قابل استفاده در بمب اتمی تبدیل کند. البته برای استفاده از اورانیوم معمولی در بمب اتمی می‌توان از روش‌های دیگری هم استفاده کرد.

کشورهای هند، اسرائیل، پاکستان، کره شمالی، روسیه و آمریکا از رآکتورهای تولید آب سنگین برای تولید بمب اتمی استفاده کردند. با توجه به امکان استفاده از آب سنگین در ساخت سلاح هسته‌ای، در بسیاری از کشورها دولت تولید یا خرید و فروش مقدار زیاد این ماده را کنترل می‌کند. اما در کشورهایی مثل آمریکا و کانادا می‌توان مقدار غیر صنعتی یعنی در حد گرم و کیلوگرم را بدون هیچ گونه مجوز خاصی از تولیدکنندگان یا عرضه‌کنندگان مواد شیمیایی تهیه کرد. هم‌اکنون قیمت هر کیلوگرم آب سنگین با خلوص ۹۸/۹۹درصد حدود ۶۰۰ تا ۷۰۰ دلار است. گفتنی است بدون استفاده از اورانیوم غنی شده و آب سنگین هم می‌توان رآکتور تولید پلوتونیوم ساخت. کافی است که از کربن فوق‌العاده خالص (کُک) به عنوان کندکننده استفاده شود از آنجایی که نازی‌ها از کربن ناخالص استفاده می‌کردند، متوجه این نکته نشدند در حقیقت از اولین رآکتور اتمی آزمایشی آمریکا سال ۱۹۴۲ و پروژه منهتن که پلوتونیوم آزمایش ترینیتی و بمب مشهور «فت من» را ساخت، از اورانیوم غنی شده یا آب سنگین استفاده نمی‌شد.

آشکار سازی نوترینو

رصد خانه نوترینوی سادبری در انتاریوی کانادا از هزار تن آب سنگین استفاده می‌کند. آشکار ساز نوترینو در اعماق زمین و در دل یک معدن قدیمی کار گذاشته شده تا مئون‌های پرتوهای کیهانی به آن نرسد. هدف اصلی این رصدخانه یافتن پاسخ این پرسش است که آیا نوترینوهای الکترون که از همجوشی در خورشید تولید می‌شوند، در مسیر رسیدن به زمین به دیگر انواع نوترینوها تبدیل می‌شوند یا خیر. وجود آب سنگین در این آزمایش‌ها ضروری است، زیرا دوتریم مورد نیاز برای آشکارسازی انواع نوترینوها را فراهم می‌کند.

آب سنگین یکی از اجزای داخلی یک بمب هیدروژنی است.

از آن در ساخت دستگاه های NMR spectroscopy استفاده میشود که —

— یکی از موارد کاربرد آن کشف و نمایش شکل ملکول های مواد دارویی است.

طیف‌سنجی تشدید مغناطیسی هسته‌ای

آب نیمه سنگین

چنانچه در اکسید هیدروژن تنها یکی از اتم‌های هیدروژن به ایزوتوپ دوتریوم تبدیل شود نتیجه حاصله (HDO) را آب نیمه سنگین می‌گویند. در مواردی که ترکیب مساوی از هیدروژن و دوتریوم در تشکیل مولکولی آب حضور داشته باشند، آب نیمه سنگین تهیه می‌شود. دلیل این امر تبدیل سریع اتم‌های هیدروژن و دوتریوم بین مولکول‌های آب است، مولکول آبی که از ۵۰ درصد هیدروژن معمولی (H) و ۵۰ درصد هیدروژن سنگین(D) تشکیل شده‌است، در موازنه شیمی در حدود ۵۰ درصد HDO و ۲۵ درصد آب (H2O) و ۲۵ درصد D2O خواهد داشت.

نکته قابل توجه آن است که آب سنگین را نباید با آب سخت که اغلب شامل املاح زیاد است یا با آب تریتیوم (T2O or 3H۲O) که از ایزوتوپ دیگر هیدروژن تشکیل شده‌است، اشتباه گرفت. تریتیوم ایزوتوپ دیگری از هیدروژن است که خاصیت رادیواکتیو دارد و بیشتر برای ساخت موادی که از خود نور منتشر می‌کنند بکار برده می‌شود.

آب با اکسیژن سنگین

آب با اکسیژن سنگین، در حالت معمول H_۲^۱۸O است که به صورت تجارتی در دسترس است ببیشتر برای ردیابی بکار برده می‌شود. به عنوان مثال با جایگزین کردن این آب (از طریق نوشیدن یا تزریق) در یکی از عضوهای بدن می‌توان در طول زمان میزان تغییر در مقدار آب این عضو را بررسی کرد.

این نوع از آب به ندرت حاوی دوتریوم است و به همین علت خواص شیمیایی و بیولوژیکی خاصی ندارد برای همین به آن آب سنگین گفته نمی‌شود. ممکن است اکسیژن در آن‌ها به صورت ایزوتوپ‌های O۱۷ نیز موجود باشد، در هر صورت تفاوت فیزیکی این آب با آب معمولی تنها چگالی بیشتر آن است.

آزمون‌های سوخت و ساز در بدن

از مخلوط آب سنگین با ^۱۸O H_۲ (آبی که اکسیژن آن ایزوتوپ ^۱۸O است نه ^۱۶O) برای انجام آزمایش اندازه‌گیری سرعت سوخت و ساز بدن انسان و حیوانات استفاده می‌شود. این آزمون سوخت و ساز را معمولاً آزمون آب دوبار نشان دار شده می‌نامند.

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