مبانی شیمی 

تلگرام آرایشی بهداشتی تبلیغ کتاب شوینده ها

مبانی شیمی

نویسنده:

ehsan hosnani
گردآوری، ترجمه و نگارش: احسان حُسنانی


مبانی شیمی
مبانی شیمی

مبانی شیمی

مولکول کوچکترین ذره از یک ماده است که تمام خواص آن ماده را دارا می باشد.
ترکیب به ماده ای گفته می شود که مولکول های آن از چند نوع اتم تشکیل شده است.
نیروهایی که اتم های یک مولکول را به هم متصل می کنند، پیوند شیمیایی نام دارند.
شیمی یک زبان جهانی دارد که در آن:
•  حرف ها، نماد های شیمیایی
•  کلمات، فرمول های شیمیایی
•  جملات، معادلات شیمیایی
هستند

واکنش شیمیایی چیست؟

واکنش یک فرآیند شیمیایی است که منجر به شکستن پیوندهای شیمیایی و تشکیل پیوندهای جدید می باشد.
واکنش شیمیایی
واکنش شیمیایی سوختن متان
در یک معادله شیمیایی واکنش دهنده ها سمت چپ و فرآورده ها سمت راست نوشته می شوند.
برای برقراری برابری تعداد کل اتم های هر عنصر در دو طرف واکنش عمل موازنه انجام می شود.
الکترون، نوترون و پروتون ذرات تشکیل دهنده اتم می باشند.
نیرویی که اتم ها را در یک مولکول به هم متصل می کند، پیوند نام دارد.
والانس یا ظرفیت به تعداد پیوندهایی می گویند که یک اتم می تواند تشکیل دهد.
پیوندی که در آن پخش بار الکتریکی متقارن نباشد را پیوند قطبی می گویند. در یک پیوند قطبی در سر منفی تجمع الکترون و در سر مثبت کمبود الکترون وجود دارد. پیوند قطبی را با یک فلش نمایش می دهند. این فلش یا پیکان از سر مثبت به سمت منفی رسم می شود. زیرا پیوند از جنس نیرو است و نیرو یک کمیت برداری می باشد. مولکولی که یک سر مثبت و یک سر منفی داشته باشد را مولکول قطبی می نامند. مولکول آب نمونه ای از یک مولکول قطبی می باشد.
polar bond
پیوند قطبی

برای درک پدیده قطبی بودن مولکول آب آزمایش شانه پلاستیکی می تواند مفید باشد. شانه پلاستیکی در اثر مالش به لباس الکترون های خود را از دست می دهد و بار مثبت پیدا می کند. به همین علت وقتی نزدیک جریان آب قرار داده می شود مولکول های آب را از سر منفی جذب می کند.
water comb test
مولکول آب قطبی و خمیده است. علت خمیده بودن مولکول های آب اثر دافعه جفت الکترون های غیرپیوندی بر روی جفت الکترون های پیوندی اکسیژن و هیدروژن است.
یون چیست؟
اتم وقتی الکترون از دست می دهد به یون مثبت یا کاتیون تبدیل می شود.
اتم وقتی الکترون جذب می کند به یون منفی یا آنیون تبدیل می شود.
کاتیون ها و آنیون ها نسبت به یکدیگر جاذبه دارند. پیوند یونی مولکول NaCl نمونه ای از یک پیوند یونی است.
مجموع بار الکتریکی مثبت و منفی در یک مولکول یکسان است. به این اصل، اصل خنثایی الکتریکی گفته می شود.

پیوند یونی بسیار قوی است. به طوری که برای گسستن آن از طریق حرارت، انرژی بسیار زیادی لازم است. ولی همین پیوندهای یونی از طریق انحلال به راحتی جدا می شوند. مثلاً نمک در آب به خوبی حل می شود.

حلالیت چیست؟

حلالیت یا انحلال پذیری به بیشترین مقدار ماده ای که در یک دمای معین می تواند در حجم معینی از یک حلال حل شود، گفته می شود.
منحنی حلالیت آب
شکل: منحنی انحلال پذیری مواد مختلف در آب
انحلال گازها در آب با فشار رابطه مستقیم و با دما رابطه معکوس دارد.
انحلال مواد جامد در آب فقط با دما ارتباط مستقیم دارد.
حداقل اکسیژن محلول در آب که مورد نیاز جانور آبزی می باشد را DO می گویند. برخی ماهی ها به DO بالاتری نیاز دارند. s

اتمسفر چیست؟

پوشش نازکی از هوای اطراف زمین که ما در آن زندگی می کنیم را هواکره یا اتمسفر می گویند.
آلوده شدن هوا با کشف آتش آغاز گردید.

هواکره و آب کره

هواکره نام دیگر اتمسفر و آب کره نام دیگر اقیانوس ها است.
•  در هواکره هرچه بالاتر رویم، فشار کاهش می یابد.
•  در آب کره هرچه پایین تر رویم، فشار افزایش می یابد.

مفهوم فشار

فشار نیروییست که بر واحد سطح وارد می گردد.
فشار هوا، فشاریست که از طرف هواکره به اجسام وارد می شود. از آنجا که فشار هوا در همه جهات به درون و بیرون بدن ما وارد می شود، بدن ما فشار هواکره را احساس نمی کند.
برای اندازه گیری فشار از دستگاه هایی مثل بارومتر و مانومتر استفاده می شود.
•  بارومتر جهت اندازه گیری فشار هوا استفاده می شود.
•  مانومتر برای اندازه گیری فشار گاز محبوس در یک ظرف سربسته استفاده می شود.
قانون بویل در دمای ثابت حاصل ضرب فشار در حجم یک گاز مقدار ثابتی است.
قانون شارل در فشار ثابت حجم گاز با دمای گاز نسبت مستقیم دارد.

صفر مطلق چیست؟

صفر مطلق از برون یابی ترسیمه حجم بر حسب دما به دست می آید.
مقیاس کلوین، مقیاسی برای اندازه گیری درجه حرارت با در نظر گرفتن صفر مطلق به عنوان مبنا می باشد.
صفر مطلق
صفر مطلق از برون یابی ترسیمه حجم بر حسب دما به دست می آید.

گاز ایده آل چیست؟

گازی که مطابق نظریه جنبشی گازها رفتار کند را گاز ایده آل می نامند. مطابق این نظریه:
1- حجم ذرات گاز بسیار کوچک است.
2- فشار گاز نتیجه برخورد ذرات به دیواره است.
3- مقدار کل انرژی جنبشی ثابت است.
4- میانگین انرژی جنبشی همه گازها ثابت و با هم برابر است.

اکسایش و احتراق

اکسیداسیون یا اکسایش به مفهوم اکسیده شدن، حاصل واکنش اکسیژن با عناصر دیگر است.
اکسید به ترکیبی گفته می شود که از واکنش اکسیژن با عناصر دیگر به وجود می آید.
احتراق یا سوختن به اکسیداسیون بسیار سریع همراه با آزاد شدن گرما، نور و صدا گفته می شود. زنگ زدن، اکسیداسیون ملایم است. موازنه به معنای برابری تعداد اتم ها در آغاز و پایان واکنش شیمیایی است.
به عبارت دیگر تعداد هر اتم در طرف اول معادله شیمیایی باید با طرف دوم برابر باشد.
مول یک واحد شمارش است و به تعداد 6.022 × 1023 عدد از هر چیز گفته می شود.
تعداد اتم ها و مولکول ها را با واحد مول بیان می کنند.
جرم یک مول از هر چیز را جرم مولی می گویند.
جرم اتمی به جرم یک مول اتم گفته می شود.
جرم مولکولی، به جرم یک مول مولکول گفته می شود.
عناصر بر اساس شباهت ها و تفاوت های آن ها، طبقه بندی می شوند.
در جدول تناوبی عناصر، عنصرها به سه دسته فلز، شبه فلز و نافلز طبقه بندی شده و عناصر هر طبقه در کنار یکدیگر قرار گرفته اند.
•  قانون پایستگی ماده: تعداد کل اتم های موجود در کره زمین ثابت است ولی طرز قرار گرفتن آن ها در کنار هم در واکنش های شیمیایی تغییر می کند.
•  قاون پایستگی جرم: جرم نه به وجود می آید و نه از بین می رود. در یک واکنش شیمیایی مجموع جرم واکنش دهنده ها با مجموع جرم محصولات یکسان است.

هیدروکربن چیست؟

هیدروکربن ها شاخه ای از ترکیبات آلی هستند که از هیدروژن و کربن تشکیل شده اند. هیدروکربن هایی که در آن هر اتم کربن با 4 اتم دیگر پیوند دارد را هیدروکربن سیرشده می نامند.
هیدروکربن هایی که در ساختار مولکولیشان اتم هایی از کربن وجود دارد که با پیوندهای دوگانه و سه گانه با اتم های دیگر در ارتباطند را هیدروکربن های سیر نشده می نامند.
آلکان ها و سیکلوآلکان ها، سیر شده اند.
آلکن ها و آلکین ها و ترکیبات آروماتیک، سیر نشده اند.
هرچه آلکان بزرگتر باشد، تعداد اتم کربن بیشتری داشته و نقطه جوش بالاتری خواهد داشت.
برای تبدیل مولکول های کم مصرف به مولکول های پر مصرف از فرآیند تبدیل مولکول ها استفاده می شود.
کراکینگ، پلیمریزاسیون و آلکیلاسیون از مهمترین فرآیندهای تبدیل هستند.
کراکینگ، شکستن مولکول های بزرگ به کوچک است. کراکینگ دو نوع گرمایی و کاتالیزوری دارد.
پلیمریزاسیون یا بسپارش به فرآیند تبدیل مولکول های کوچک به پلیمر گفته می شود.
پتروشیمی دانش تبدیل فرآورده های نفتی به فرآورده های غیرنفتی است.
اتیلن، متان و پروپیلن جزء فرآورده های نفتی محسوب می شوند.
لاستیک، پارچه، حشره کش و دارو جزء فرآورده های غیرنفتی محسوب گردیده و مواد پتروشیمیایی یا فرآورده های پتروشیمی نامیده می شوند.
پلیمرها در واقع فرآورده های پتروشیمی هستند.

تبخیر سطحی چیست؟

اگر این مولکول های یک مایع در اثر برخورد به سطح تماس مایع و هوا بر نیروی کششی سطحی غلبه کرده و به فاز هوا وارد شوند، تبخیر سطحی اتفاق می افتد. نکته: هرچه دما بیشتر باشد، تعداد این برخوردها زیادتر شده و شدت تبخیر سطحی بیشتر می شود.

انرژی یونش یا انرژی یونیزاسیون

انرژی لازم برای جدا کردن سست ترین الکترون از اتم گازی و تبدیل آن به یون مثبت گازی را انرژی یونیزاسیون نخست می گویند. واحد انرژی یونیزاسیونE1 ، کیلوژول بر مول KJ/mol است.
با مطالعه انرژی های یونش و مشاهده جهش های بزرگ و کوچک می توان لایه های اصلی و فرعی الکترونی را تعیین نمود.
•  جهش های بزرگ نشان دهنده تغییر در لایه های اصلی است.
•  جهش های کوچک نشان دهنده تغییر لایه های فرعی است.
با مطالعه انرژی یونش عناصر مختلف و رسم نمودار E1 بر حسب N می توان گروه های اتمی را تعیین نمود.
لایه های الکترونی یا ترازهای انرژی به ترتیب از پایین ترین سطح انرژی به وسیله الکترون ها اشغال می شوند.

مدل اتمی چیست؟

برای پاسخ به این سوال، اول باید بگوییم مدل چیست؟

مدل چیست؟

مدل توصیفی برای اجسامیست که نمی توانیم آن ها را مشاهده کنیم.
معمولاً برای اجسام خیلی بزرگ یا خیلی کوچک از مدل استفاده می شود.

مدل اتمی بوهر (سیاره ای)، رادرفورد، تامسون و اوربیتالی هر کدام برای توصیف اتم ها استفاده می شوند.
گرچه نظریه برخی از این مدلها رد شده است، اماهیچ کدام از این مدل ها را کنار نمی گذاریم. بلکه جایی که لازم است، استفاده می کنیم.
مدل های اتمی
Image source: solpass.org

مدل ابر الکترونی می گوید هر چه احتمال حضور الکترون بیشتر باشد، تراکم نقاط بیشتر است.
حرکت پرنده حول ظرف دانه، مشابه مدل ابر الکترونی است.
مدل کوانتومی اتم برای توجیه رفتار موجی الکترون ها ارائه شد. مطابق این مدل، حرکت الکترون محدود به یک مسیر دایره ای نیست. بلکه در یک فضای سه بعدی به نام اوربیتال صورت می گیرد.


پرتو کاتدی: به پرتویی که در اثر اختلاف ولتاژ بسیار زیاد بین دو الکترود مثبت و منفی از الکترود منفی (کاتد) به الکترود مثبت (آند) می تابد، پرتو کاتدی می گویند.
تامسون با مطالعه پرتوی کاتدی نسبت بار به جرم الکترون را اندازه گرفت.
میلیکان بار الکتریکی الکترون را محاسبه نمود.
با ترکیب مطالعه تامسون و میلیکان جرم الکترون به دست آمد.
البته مدل اتمی تامسون زمانی مطرح شد که پروتون هنوز کشف نشده بود و جرم اتم را مربوط به الکترون می دانستند.
کشف مواد پرتوزا (فسفورسانس) باعث کشف هسته اتم گردید.
بعدها از اختلاف عدد جرمی و عدد اتمی، نوترون کشف شد.
عدد اتمی تعداد پروتون های یک اتم است.
عدد جرمی مجموع تعداد پروتون ها و نوترون ها.
اتم های یک عنصر که دارای عدد اتمی یکسان و عدد جرمی متفاوت باشند را ایزوتوپ می گویند.

اوربیتال چیست؟

اوربیتال به فضای اطراف هسته می گویند که احتمال یافتن الکترون در آن بیش از 90 درصد می باشد.
اوربیتال های S به شکل کره و اوربیتال های P به شکل دمبل می باشند.
ترتیب پر شدن اوربیتال ها از پایین ترین سطح انرژی به بالاترین سطح انرژی است.
در هر اوربیتال، حداکثر دو الکترون با اسپین مخالف می تواند قرار گیرد (اسپین به جهت چرخش یک الکترون به دور خود می گویند).

اصل طرد پاولی: هیچ اوربیتالی در یک اتم نمی تواند بیش از دو الکترون در خود جای دهد.
اصل هوند: در اوربیتال های هم انرژی، جفت شدن هنگامی صورت می گیرد که همه اوربیتال های هم انرژی نیمه پر با اسپین یکسان باشند.
بنابراین در اصل هوند، هم انرژی بودن و هم اسپین بودن، هر دو شرط اصلی هستند.

چگونه دو الکترون در یک اربیتال قرار می گیرند؟ دو الکترون در یک اوربیتال در اثر همنام بودن بار الکتریکی از هم دفع می شوند و به علت مخالف بودن اسپینشان به هم جذب می شوند. بین این دافعه الکترواستاتیکی و جاذبه مغناطیسی تعادل برقرار است.

انواع پیوندهای شیمیایی

پیوند یونی در اثر جاذبه الکترواستاتیک بین یون های ناهمنام به وجود می آید. عامل ایجاد پیوند یونی، انتقال الکترون است.
پیوند کووالانسی در اثر موازنه:
نیروهای جاذبه هسته –الکترون
و
دافعه هسته هسته و الکترون الکترون
به وجود می آید.
عامل ایجاد پیوند کووالانسی اشتراک الکترون است.
اختلاف الکترونگاتیوی باعث ایجاد قطبیت در پیوند کووالانسی می شود.
پیوندهای مولکولی به دو دسته کپسایسینوالسی و هیدروژنی تقسیم بندی می شوند.
پیوندهای واندروالسی دو نوع هستند:
دوقطبی – دوقطبی: نیروی بین دو مولکول قطبی دائم
لاندن: نیروی دو مولکول با قطبیت لحظه ای
در پیوندهای هیدروژنی، هیدروژن به صورت پلی بین دو اتم الکترونگاتیو قرار می گیرد.
الکترونگاتیوی تمایل و توانایی یک اتم برای کشیدن جفت الکترون پیوندی به سمت هسته خود می باشد.
پیوند داتیو، پیوند کووالانسی بین دو اتمی است که یکی دهنده و دیگری پذیرنده جفت الکترونی می باشد.
پیوند فلزی شبکه سه بعدی از ذرات مثبت است که در دریایی از الکترون ها مستقر می باشد. در پیوند فلزی، ذرات مثبت مستقر و الکترون های ظرفیت غیرمستقر هستند. الکترون های غیرمستقر همانند چسبی ذرات مثبت را از طریق نیروهای جاذبه الکترواستاتیک به یکدیگر متصل نگه می دارند.
اگر پیوندهای قطبی در یک مولکول طوری قرار گیرند که راستایشان یکسان ولی دقیقاً در جهت مخالف هم باشند، مولکول ایجاد شده غیرقطبی خواهد بود.
شعاع واندروالسی به نصف فاصله هسته های دو اتم مجاور گفته می شود.
انرژی گرمایی به مجموع انرژی جنبشی یک ماده گفته می شود.
انرژی شیمیایی، انرژی ذخیره شده در مولکول های یک ماده است.
به موادی که در اثر واکنش های شیمیایی انرژی گرمایی زیادی آزاد می کنند، مواد پرانرژی می گویند.
انرژی درونی به مجموعه انرژی جنبشی و پتانسیل یک ماده می گویند و آن را با حرف E نمایش می دهند.
آنتالپی به مجموع انرژی درونی و حاصل ضرب فشار در حجم می گویند و آن را با حرف H نمایش می دهند.
آنتالپی
رابطه آنتالپی و انرژی درونی
H = E + PV
گرمای واکنش به گرمایی که در اثر انجام یک واکنش موازنه شده، مبادله می شود.
گرمای سوختن: گرمای حاصل از انجام یک واکنش سوختن را گرمای سوختن می گویند.
انرژی لازم برای شکستن یک پیوند را انرژی پیوندی می گویند.
هرچه تعداد مولکول های حاصل از واکنش بیشتر شود، بی نظمی افزایش می یابد.

واکنش های اکسایشی کاهشی

واکنشی را که در آن انتقال الکترون اتفاق می افتد، واکنش اکسایشی کاهشی می گویند.
redox
اکسایش به معنای از دست دادن الکترون است.
کاهش به معنای به دست آوردن الکترون است. (کاهش = احیا)
به موادی که در صدد گرفتن الکترون می باشند، اکسید کننده یا اکسیدان می گویند.
آند و کاتد
روشی جالب برای به خاطر آوردن آند و کاتد
Source: spiritsd.ca
زنگ زدن آهن و خوردگی فلزات مثالی از واکنش های اکسایشی کاهشی است.
آهن خالص خیلی دیر زنگ می زند. ناخالصی ها باعث افزایش سرعت زنگ زدن آهن می شوند.
آهن گالوانیزه از فرو بردن آهن در روی مذاب تهیه می شود. روی و آهن دو الکترود پیل الکتروشیمیایی موجود در آهن گالوانیزه را تشکیل می دهند. قطعه های فلز روی به تدریج الکترون داده و خورده می شوند. این الکترون ها به عنوان طعمه توسط اکسیژن محیط مصرف شده و از اکسید شدن آهن جلوگیری می کنند.

جدول تناوبی

قانون تناوبی: هرگاه عنصرها بر حسب افزایش عدد اتمی در کنار یکدیگر قرار دهیم، خواص فیزیکی و شیمیایی آن ها به صورت تناوبی تکرار می شود. به این قانون، قانون تناوبی عناصر می گویند.

ویژگی های گروهی عناصر

مطابق جدول تناوبی، عناصر موجود در طبیعت به 4 دسته فلز، شبه فلز، غیرفلز و گاز نجیب تقسیم بندی می شوند.
80 درصد عناصر جدول تناوبی، فلز هستند.
فلزات به 3 گروه قلیایی، قلیایی خاکی و واسطه تقسیم بندی می شوند.
قاعده هشت تایی یا اوکتت: انجام شدنی ترین واکنش آن است که اتم ها به آرایش 8 تایی برسند. به این قاعده، قاعده هشت تایی گفته می شود.
رسیدن به آرایش هشت تایی از دو طریق امکان پذیر است:
1- انتقال الکترون و تشکیل پیوندهای یونی: وقتی اختلاف الکترونگاتیوی بالا باشد.
2- اشتراک الکترون و تشکیل پیوندهای کووالانسی: وقتی اختلاف الکترونگاتیوی پایین باشد.
طول پیوند: پیوند کووالانسی نتیجه تأثیر نیروهای جاذبه و دافعه به یکدیگر است. در فاصله ای موسوم به طول پیوند، نیروهای دافعه و جاذبه برابر می شوند.
کربن عنصر تشکیل دهنده جهان زنده است.
سیلیس عنصر تشکیل دهنده جهان غیرزنده می باشد.
شیمی آلی به بررسی ترکیبات کربن و خواص آن ها گفته می شود.
در جدول تناوبی عناصر، کربن بین فلزات و نافلزات قرار دارد. نه تمایل الکترون از دست بدهد، نه تمایل دارد الکترون بگیرد. در عوض هر چهار الکترون لایه ظرفیت خود را به اشتراک می گذارد.
الماس و گرافیت دگرشکل های مختلف کربن هستند. (دگرشکل = آلوتروپ)
گروه عاملی به آرایش ویژه ای از اتم ها گفته می شود که مولکول آلی حاوی آن دارای خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فردی می شود.


مطلب قبلی: تصفیه فاضلاب

مطلب بعدی: شیمی برای زندگی

معادل انگلیسی اصطلاحات تخصصی این مطلب

1- حلالیت = Solubility
limited solubility = حلالیت محدود
2- شانه = Comb
3- تار مو = Strand Of Hair

تلفظ strand of hair ↓
4- استیک = Stick
color stick = استیک های رنگ مو، رنگ موهای استیکی، رنگ مو های قلمی، رنگ موهای ماژیکی

Lipstick = رژ لب
محصول آرایشی رنگی که روی لب ها مالیده می شود
Makeup Sticks = قلم های آرایشی
محصولات آرایشی که به فرم استیک یا قلم هستند

تلفظ lipsticks and lip glosses ↓
5- قانون = Regulation
cosmetics regulations = قوانین و مقررات آرایشی بهداشتی

osmoregulation = تنظیم تراوایی، اسمو رگولاسیون

natural regulation = تنظیم طبیعی

Scalp hyperseborrhea regulation = تنظیم فعالیت بیش از حد غدد چربی پوست سر

downregulation = کاهش

Seborrhea regulation = تنظیم ترشح چربی


تلفظ cosmetics regulations ↓


تلفظ regulation ↓
6- پلیمریزاسیون = Polymerization
degree of polymerization = درجه پلیمریزاسیون
7- پیوندهای هیدروژنی = Hydrogen Bonds
weak hydrogen bonds = پیوندهای هیدروژنی ضعیف
8- پیوندهای شیمیایی = Chemical Bonds
9- آروما = Aroma
Chinese Cinnamon, Cinnamomum aromaticum = دارچین چینی، سلیخه

Clove, syzgium aromaticum = میخک، قرنفل، اوژنول

Nepalese Cardamom, Amomum aromaticum = هل نپالی

Chemical aroma = ماده شیمیایی معطر

plant aroma = آرومای گیاهی


تلفظ aromatherapist ↓


تلفظ aromatherapy ↓
10- اکسایشی کاهشی = Oxidation Reduction
11- واندروالس = Weak Van Der Waals
12- کپسایسین = Capsaicin

مطلب فوق را در شبکه های اجتماعی زیر با دوستانتان به اشتراک بگذارید



اگر مطالعه این مطلب برایتان مفید بود، روی دکمه زیر کلیک کنید !