PH

پی‌اچPH

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد

پرش به: ناوبری، جستجو

پی اچ چند ماده معروف[۱]
ماده	pH
اسید کلریدریک، ۱۰M	-۱٫۰
اسید باتری	۰٫۵
اسید معده	۱٫۵ – ۲٫۰
آبلیمو	۲٫۴
نوشابه	۲٫۵
سرکه	۲٫۹
پرتقال یا آبمیوه سیب	۳٫۵
رب گوجه فرنگی	۴٫۰
آبجو	۴٫۵
باران	<۵٫۰
قهوه	۵٫۰
چای	۵٫۵
ادرار	۶٫۰
شیر	۶٫۵
آب خالص	۷٫۰
آب دهان فرد سالم	۶.۵ – ۷٫۴
خون	۷٫۳۴ – ۷٫۴۵
آب دریا	۷٫۷ –۸٫۳
صابون	۹٫۰ – ۱۰٫۰
آمونیاک	۱۱٫۵
ماده سفید کننده	۱۲٫۵
سود سوزآور	۱۳٫۵

پی‌اچ یا پ هاش (به انگلیسی: pH، مخفف potential of hydrogen) یک کمیت لگاریتمی است که میزان اسیدی یا بازی بودن مواد را مشخص می‌کند. بیشتر آبزیان فقط در پی‌اچ بین ۵ تا ۹ زنده می‌مانند.^[۲]

تعریف و تاریخچه[ویرایش]

بررسی غلظت یون هیدروژن در اواخر سده نوزدهم برای برخی از صاحبان صنایع شیمیایی اهمیت ویژه‌ای پیدا کرد. به عنوان مثال غلظت یون هیدروژن در طول فرایند تخمیر و فعالیت مخمرها اثر می‌گذارد و لازم است که غلظت یون هیدروژن دایماً مورد بررسی قرار گیرد. از طرفی چون غلظت یون هیدروژن معمولاً عددی بسیار کوچک است و کار کردن با آن دشوار است، نخستین بار سورِن سِن دانشمند دانمارکی در سال ۱۹۰۹ میلادی مقیاسی به نام pH را بنا کرد. بنا به تعریف، pH برابر منفی لگاریتم مبنای ۱۰ غلظت مولی یون هیدروژن فعال در محلول است.^[۳]

• در دمای اتاق(pH (۲۹۸Kآب خالص را ۷ در نظر می‌گیریم. زیرا در این دما غلظت یون هیدرونیم در آب خالص برابر^۷-۱۰است.
• در دمای اتاق(۲۹۸K) گسترهٔ بازهٔ pH از (۱۴ ~ ۰) است. عدد صفر اسیدی ترین محیط و عدد ۱۴ بازی ترین محیط را مشخص می‌کند. در چنین دمایی، محلولی با pH = ۷ خنثی در نظر گرفته می‌شود.
• با بالا بردن دما، گسترهٔ بازهٔ pH کمتر می‌شود. برای مثال در دمای ۳۵۸K این بازه به (۱۳~۰) تغییر می‌کند. در نتیجه در چنین دمایی، محلولی با pH=۶٫۵ را خنثی فرض خواهیم کرد.

p H = − log 10 ⁡ [ H + ] {\displaystyle \mathrm {pH} =-\log _{10}{[\mathrm {H^{+}} ]}}

p H = − log 10 ⁡ [ H + ] = − log 10 ⁡ [ 10 − 7 ] = 7 {\displaystyle \mathrm {pH} =-\log _{10}{[\mathrm {H^{+}} ]=-\log _{10}[\mathrm {10^{-7}} ]=7}}

شرایط

• ماده باید مایع (l)یا محلول آبی (aq) یا محلول غیرآبی (sol) باشد.
• پی اچ معمولاً در دمای اتاق (۲۹۸K) سنجیده می‌شود.

شناساگرها (Indicators)

شناساگرها در محیط‌های اسیدی یا بازی به رنگ‌های متفاوتی درمی آیند. از شناساگرها برای تعیین pH محلول‌ها استفاده می‌شود.

·          

• از جمله شناساگرهای معروف می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
• گلبرگ گل سرخ
• کاغذ تورنسل (لیتموس) که از درخت لیتموس به دست می‌آید.
• محلول فنول فتالئین (که اگر در یک محلول بازی ریخته شود به سرعت رنگ محلول را ارغوانی می‌کند)
• محلول متیل اورانژ (متیل نارنجی)
• محلول متیلن بلو

-استفاده از شناساگرهای شیمیایی وقت گیر و همراه با اشتباه در تعیین دقیق pH است؛ از این رو امروزه از pH سنج دیجیتالی استفاده می‌شود.

جدول تناوبی

روی لینک زیر کلیک راست در پنجره جدید باز کنید.

http://www.ptable.com/?lang=fa

مفاهیم پایه شیمی

مفاهیم پایه شیمی

عنصر چیست؟ 

این نظریه که هر چیزی در عالم از هزاران ذره ی ریز ساخته شده نخستین بار توسط فلسفه دان یونان باستان، دموکریتوس(460-361ق.م)، مطرح شد. صدها سال گذشت و پیشرفت های عظیم علمی صورت گرفتند تا این نظریه کاملاً بررسی و درک شود. این نظرات اولیه با طرح نظریه ی اتمی ماده در سال 1808 توسط شیمیدان انگلیسی، جان دالتون(1844-1766)، گسترش و ارتقا یافت. نظریه ی دالتون بر این مبنا بود که همه ی مواد از ذرات ریزی به نام اتم تشکیل شده اند و اتم را نمی توان به جزء کوچک تری تقسیم کرد، گرچه نادرستی این امر بعدها ثابت شد. گروهی از اتم های مشابه عنصر را به وجود می آورند. بنابراین عنصر ماده ای است که نمی توان آن را با واکنش شیمیایی به ماده ی ساده تری تجزیه کرد، زیرا فقط از یک نوع اتم ساخته شده است. دالتون اظهار داشت که تمام اتم های یک عنصر مشابه هستند و عناصر شیمیایی مختلف با یکدیگر متفاوتند، زیرا اتم های تشکیل دهنده ی آنها اندکی با هم تفاوت دارند، یعنی تمام اتم های هیدروژن با هلیم متفاوت است، زیرا این دو عنصر از اتم هایی با تفاوت اندک ساخته شده اند، یک شمش طلا تنها از یک نوع اتم ساخته شده، یعنی اتم های طلا. کار دالتون تمام درک کنونی ما از ماهیت اتم را شکل می دهد.

اتم ها از چه ساخته شده اند؟ 

به دنبال مدل های اتمی گوناگون اولیه توسط جی.جی تامسون (1940-1856) و ارنست رادرفورد (1973-1871)، که هر کدام نارسایی هایی داشتند، رادرفورد مدل اتمی اش را در سال 1911 ارائه داد. به گفته ی رادرفورد، در اتم یک هسته ی مرکزی با بار مثبت وجود دارد که الکترون های دارای بار منفی به دور آن گردش می کنند. وی مدل اتمی خود را برای توضیح نتایج کارهای هانس ویلهلم گایگر (1945-1882) و مارسدن ارائه داد. آزمایش های معدود آنها نشان می داد که ذرات آلفای دارای بیشترین بار مثبت مستقیماً از یک ورق نازک طلا عبور می کنند، اما درصد کمی از آنها منحرف می شوند. رادرفورد دلیل این امر را این گونه بیان کرد: از آنجا که بیشتر اتم را فضای خالی تشکیل می دهد، ذرات آلفا می توانند مستقیماً از آن عبور کنند، اما درصدی از انحراف، وجود یک هسته ی حجیم با بار مثبت را ثابت می کند. ذرات آلفای دارای بار مثبت توسط هسته های مثبت طلا دفع می شوند. به دنبال رادرفورد این موضوع که مرکز اتم شامل هسته ای با بار مثبت و اندازه ی بسیار بزرگ تر نسبت به الکترون های با بار منفی می باشد، مورد قبول همگان قرار گرفت.

پروتون ها و نوترون ها در هسته

ذرات زیر اتمی هسته که به آن بار مثبت می دهند پروتون نامیده می شوند. تا قبل از اینکه بررسی هایی روی هیدروژن و هلیم صورت بگیرد فرض بر این بود که پروتون ها تنها ذرات موجود در هسته اند. این بررسی ها نشان دادند که بار هسته ی هلیم دو برابر، اما جرم آن چهار برابر جرم هسته هیدروژن می باشد. بنابراین چیز دیگری می بایست در هسته وجود داشته باشد که بر جرم تاثیر داشته باشد اما کاری به کار بار نداشته باشد. این ذرات بدون بار نوترون نامیده شدند.

هر عنصری تعداد پروتون های خاص خود را داراست، اگر تعداد پروتون ها تغییر کند آن وقت هسته ی یک عنصر به هسته ی عنصر متفاوتی تبدیل می شود: هیدروژن یک، هلیم دو و لیتیم سه پروتون دارند. به همین دلیل تعداد پروتون ها به عنوان یک عامل شناسنده ی عنصر محسوب و از آن به عدد اتمی یاد می شود. جرم الکترون تقریباً صفر است، اما نوترون و پروتون ها نسبتاً سنگین و دارای جرم یکسان هستند.

ممکن است تعداد نوترون های یک عنصر تغییر کند. این تغییرات در هسته ی اتم، جرم اتم را تغییر می دهد، گرچه عنصر به عنصر دیگری تبدیل نمی شود. پس عنصری که شش پروتون دارد، کربن و آنکه هفت پروتون دارد نیتروژن است. گرچه هسته ای با شش پروتون می تواند شش یا هشت نوترون داشته باشد، مانند کربن-12 یا کربن- 14. بنابراین عدد اتمی عبارت است از تعداد پروتون های هسته. ایزوتوپ های یک عنصر دارای پروتون های برابر و نوترون های نابرابر هستند: ¹²C و ¹⁴C یک عنصر هستند، اما ¹²C دارای شش نوترون و ¹⁴C دارای هشت نوترون می باشد. ایزوتوپ های اورانیم تعداد نوترون های متفاوتی دارند اما عنصر یکسانی هستند. با فروپاشی ²³⁸Uتوریم به وجود می آید که عنصر کاملا متفاوتی است. جرم اتمی یک عنصر عبارت است از تعداد پروتون ها و نوترون های موجود در هسته ی یکی از اتم های آنها.

الکترون ها و لایه ها

99/9 درصد حجم یک اتم را فضای خالی تشکیل می دهد، این فضای خالی توسط الکترون هایی که با سرعت در مدارها یا لایه هایی در اطراف هسته گردش می کنند اشغال شده است. برخی اتم ها مثل هلیم فقط یک لایه دارند، در حالی که برخی دیگر همچون کلسیم دارای لایه های متعددی هستند.

رفتار شیمیایی اتم را الکترون های لایه ی آخر تعیین می کنند. اگر لایه ی آخر اتمی با نهایت الکترون هایی که می تواند نگه دارد کامل شده باشد، دیگر نیازی ندارد که برای پر شدن با عناصر دیگر پیوند دهد، چنین عنصری بسیار پایدار است. مثلاً لایه ی آخر آرگون پر است، پس این عنصر پایدار بوده و پیوند های شیمیایی نمی دهد.

اتمی که لایه آخرش کامل نباشد، یعنی شامل بیشترین الکترون های ممکن نباشد، ناپایدار محسوب می شود. این اتم برای اینکه می خواهد لایه ی آخرش را پر کند یک اتم فعال است و به این دلیل با اتم های دیگر پیوند می دهد. تعداد چنین پیوندهایی که اتم می تواند تشکیل دهد ظرفیت آن محسوب می شود.

پیوند کلر و سدیم به توضیح این مطلب کمک می کند. یک اتم سدیم روی هم رفته یازده الکترون دارد، دو تا در لایه ی اول، هشت تا در لایه ی دوم و یکی در لایه ی آخر. این عنصر برای اینکه پایدار باشد باید الکترون لایه ی آخر را از دست بدهد. کلر دارای هفده الکترون است، یعنی هفت الکترون در لایه ی آخر، پس برای پایدار شدن باید یک الکترون بگیرد تا لایه ی آخرش کامل شود. اگر یک الکترون از اتم سدیم به اتم کلر منتقل شود هر دوی این عناصر به آرایش کامل هشت الکترونی در لایه ی آخرشان می رسند. ظرفیت هر دو آنها یکی است. یک پیوند یونی بین دو اتمی که حالا دیگر یون نامیده می شوند صورت می گیرد که به شکل گیری ترکیب یونی کلرید سدیم می انجامد. تعداد الکترون های لایه ی آخر عناصری که در جدول تناوبی در یک گروه قرار دارند یکسان است، به همین دلیل عناصر یک گروه با عناصر دیگر واکنش های مشابهی می دهند.

جرم اتمی نسبی

در سال 1858 استانیز لائو کانیتسارو (1910-1826) لیستی از وزن های اتمی ثابت برای 60 عنصر کشف شده در آن زمان را منتشر کرد که امروزه از آنها به نام جرم های اتمی نسبی یاد می شود. زمانی که عناصر به ترتیب افزایش جرم اتمی نسبی چیده شدند تشابهاتی در خواص شیمیایی آنها در فاصله های ثابت آشکار شد. تا اینکه دمیتری مندلیف (1907-1834) عناصر را به ترتیب افزایش جرم اتمی در کنار هم و عناصری را که رفتارهای مشابهی داشتند زیر هم قرار داد و به این ترتیب جدول تناوبی جدید طراحی شد.

کربن به عنوان ((معیار)) محاسبه ی جرم اتمی نسبی انتخاب شد. برای اتم های کربن-12 جرم اتمی 12 در نظر گرفته شده و جرم های نسبی اتم های دیگر با مقایسه با جرم اتم کربن به دست می آیند. مثلاً اتم های کربن، 12 بار سنگین تر از اتم های هیدروژن هستند، پس جرم اتمی نسبی هیدروژن یک است. اکسیژن 16 بار سنگین تر از اتم های هیدروژن می باشد، پس جرم اتمی نسبی آن 16 می باشد.

مول

جرم اتمی نسبی در بررسی ترکیب ها اهمیت خاصی دارد. با تقسیم کردن جرم عنصر بر جرم اتمی نسبی آن می توانیم به تعداد مول های موجود در یک نمونه پی ببریم. مول از یکاهای دستگاه SI می باشد و عبارت است از تعداد اتم های کربن در 12 گرم از ایزوتوپ کربن-12 ، یعنی  ²³ 10× 6 ذره. یک مول از هر ماده ای 10²³ × 6 ذره از آن ماده را در بر می گیرد. این موضوع در آن دسته واکنش های شیمیایی که به نسبت های اتمی دقیق نیاز است بسیار اهمیت دارد. وزن یک مول از یک ماده با جرم اتمی نسبی آن ماده برابر است.

رادیواکتیویته

اتم های یک عنصر تعداد پروتون های معینی دارند. اکثر اتم ها دارای هسته های پایداری هستند که تعداد پروتون ها و نوترون ها در آنها ثابت می ماند. اما برخی هسته ها ناپایدارند و ممکن است شکسته شوند. اتم هایی که هسته های ناپایدار دارند رادیواکتیو می باشند. فروپاشی رادیواکتیو عبارت است از شکسته شدن هسته همراه با آزادسازی انرژی.

هر چه تعداد ذرات زیر اتمی در اتم بیشتر باشد، احتمال اینکه آن اتم رادیواکتیو باشد نیز بیشتر است. سه نوع پرتوزایی وجود دارد: آلفا، بتا، گاما. اتم های بزرگ با پرتو زایی آلفا فروپاشی می کنند. پرتوزایی بتا زمانی رخ می دهد که تعداد پروتون ها و نوترون ها برابر نباشد و می تواند در همه ی عناصر رخ دهد. نوع سوم یعنی پرتوزایی گاما از دو نوع دیگر خطرناک تر بوده و شکل پایدار تری از عنصر را به وجود می آورد. عدد اتمی بیسموت 83 می باشد و این بالاترین تعداد پروتون های ممکن برای پایدار بودن عنصر محسوب می شود. عناصری که عدد اتمی آنها از بیسموت بالاتر است همگی رادیواکتیو هستند.

نیمه عمر

سرعت فروپاشی رادیواکتیو در قالب نیمه عمر اندازه گیری می شود. نیمه عمر زمان مورد نیاز برای فروپاشی نصف هسته های رادیواکتیو در یک ماده ی رادیواکتیو است. نیمه عمر اورانیم- 238، 4/5 میلیارد سال است، اورانیم-238 هر مقدار که باشد چنین زمان طولانی لازم است تا نیمی از هسته های آن به صورت رادیواکتیو فروپاشی کنند. فروپاشی تا زمانی که یک وضعیت پایدار حاصل شود ادامه می یابد. اورانیم با فروپاشی سرب را شکل می دهد. با نگاهی به جدول تناوبی در می یابیم که اورانیم با عدد اتمی 92 فروپاشی می کند و توریم با عدد اتمی 90 را به وجود می آورد. اگر این روند را دنبال کنیم می بینیم که سپس رادیم (88)، رادون (86)، پلونیم (84) و در آخر سرب (82) به وجود می آید. این روند به سرب که می رسد متوقف می شود، زیرا سرب نخستین عنصر با عدد اتمی پایین تر از بیسموت (83) می باشد و همان طور که می دانید 83 حد نهایی تعداد پروتون ها برای پایدار بودن عنصر است. ایزوتوپ هایی که نیمه عمرهای طولانی دارند از آنهایی که سریع فروپاشی می کنند پایدارترند.

برخی از عناصر، مثلاً توریم آن قدر آرام فروپاشی می کنند که رسوب های طبیعی رخ می دهند، برخی دیگر از جمله آنانکوادیم (114) و آنانهگزیم (116) آن قدر فعال هستند که فقط چند هزارم ثانیه قبل از فروپاشی به صورت مصنوعی تولید شده اند.

توضیح جدول تناوبی(جدول تناوبی مندلیف)

در سال 1869 دمیتری مندلیف (1907-1834) نمونه ی جدول تناوبی خود را که مبنای تمام نمونه های امروزی می باشد منتشر کرد. جدول تناوبی نمایشی نموداری از تمام عناصر شناخته شده با یک ترتیب خاص می باشد. می توان تنها با نگاه کردن به جای هر عنصر نسبت به عناصر دیگر در جدول به اطلاعات مهمی دست یافت.

مندلیف عناصر را در جدول تناوبی به ترتیب افزایش جرم اتمی نسبی قرار داد. وی عناصر را در سطرهای افقی (دوره) قرار داد تا عناصری که خواص مشابه داشتند در ستون های عمودی (گروه) ظاهر شوند. او برای اینکه مطمئن شود عناصر با خواص یکسان در یک گروه قرار گرفته اند مجبور بود برخی خانه های جدول را خالی بگذارد. اما این جدول باز هم به این خاطر که دانشمندان را قادر به پیش بینی خواص عناصر جا افتاده می ساخت منبع اطلاعاتی مناسبی بود. بعدها ثابت شد که فرض های مندلیف درباره ی خواص عناصر جا افتاده به طرز شگفت انگیزی دقیق بوده اند.     

 

شیمی راهنمایی3 تکمیلی سمپاد

شیمی راهنمایی3 تکمیلی سمپاد

شیمی راهنمایی2 تکمیلی سمپاد

Shimi2Rahnemayi_Takmili-Sampad

اسید سولفوریک

اسید سولفوریک

قبلا برای تعریف اسیدها از ویژگی های اسیدی استفاده می شد. اما با مفهوم جدیدی از اتم، تعریف متفاوتی از اسیدها به کار می رود. 

مهم ترین اسید صنعتی اسید سولفوریک می باشد.

سولفوریک اسید که در گذشته با نام جوهر گوگرد

خوانده می شد، اسیدی بسیار قوی است که با هر درصدی در آب حل می شود و فرمول شیمیایی آن H₂SO₄ است. پی اچ (pH) این اسید (0/5)  می باشد.
سولفوریک اسید برای نخستین بار توسط جابربن حیان کشف شد. او با تقطیر کانی های سولفات آهن  ، این اسید را به دست آورد.سولفات (II)ومس 

اسید سولفوریک، اسیدی معدنی و بسیار قوی است که به طور طبیعی در گازهای خارج شده از آتشفشان وجود دارد و با هر درصدی در آب حل می شود. واکنش آن با آب به شدت گرمازا است به همین دلیل باید از اضافه کردن یک باره  آب به آن اجتناب کرد. اسید سولفوریک میل ترکیبی زیادی با آب دارد به طوری که در واکنش با سایر مواد هیدروژن و اکسیژن آنها را با صورت آب جدا می کند. اسید سولفوریک خورنده است و قسمت عمده ای از باران اسیدی را تشکیل می دهد. 

قطرات آب به هنگام بارش با آلاینده های کارخانه ها و خودرو ها که در هوا معلق هستند واکنش می دهند و تولید اسید می کنند. اسید سولفوریک با فلزات واکنش می دهد و هر چه دما بالاتر رود میزان این واکنش بیشتر خواهد شد اما بر روی جیوه و سرب تاثیری ندارد. اسید سولفوریک در لیست مواد خطرناک قرار گرفته است.

می توان میزان صنعتی بودن کشور ها را با میزان تولید و مصرف اسید سولفوریک آنها متناسب دانست.
اسید سولفوریک از انحلال گاز SO₃ در آب بدست می آید، البته روش های صنعتی زیادی برای تولید این اسید پر کار برد وجود دارد. (مانند روش مجاورت و روش اتاق های سربی)
همچنین این اسید را می توان به خیلی از اسید های دیگر تبدیل کرد، مانند نیتریک اسید، هیدروکلریک اسید،هیدروژن پروکسید و....

روش رایج تهیه آزمایشگاهی اسید هایی مانند نیتریک اسید(HNO₃) و اسید کلریدریک (HCl)،اینگونه است که ابتدا مقداری سولفوریک اسید را در ظرف تقطیر ریخته، نمک با یون مورد نظر (یون کلرید،نیترات و...) را به آن اضافه کرده و بعد از بستن درب ظرف،آنرا حرارت می دهند و اسید مورد نظر را از آن طرف ظرف، جمع آوری میکنند.
مثلا، نمک خوراکی را با اسید سولفوریک ترکیب کرده و بعد از تقطیر، اسید هیدروکلریک تشکیل خواهد شد.

اسید سولفوریک یکی از مواد شیمیایی پر استفاده است. این ماده در واکنش های شیمیایی و فرآیندهای تولید سایر ترکیبات شیمیایی کاربرد بسیار زیادی دارد. 

کار برد این محصول در صنایع عبارتند از:

صنایع مهمات سازی، صنایع آبکاری، استخراج فلزات، سنتزهای شیمیایی، پالایشگاه های نفت، صنایع باطری سازی، صنایع شوینده، صنایع کشش کاری، صنایع تولید مواد شیمیایی، صنایع تصفیه روغن، صنایع تصفیه فاضلاب های صنعتی، صنایع نساجی، مواد شوینده، رنگ نقاشى و دیگر صنایع کاربرد دارد.

از مهم ترین استفاده های آن در تولید کودهای شیمیایی، صنایع شیمیایی ( ضدیخ ، حشره کش ها، دارویی، احیای آلومینیوم) صنعت آهن و فولاد، پاک کننده های مصنوعی، اسیدی کردن چاه های نفت، جداسازی مس با عیار کم، استخراج اورانیوم، چسب مصنوعی ( مواد رنگی (نایلون رنگی، جوهر تحریر و تهیه Tio₂ از ایلمنیت) ابریشم مصنوعی و فیلم ( پارچه های ابریشمی، نخ اطراف تایر و فیلم های ژاسی)، صنایع کاغذ سازی ( دستمال کاغذی ، روزنامه، جعبه های مقوایی، کاغذ تحریر و سایر مقواها)، مواد منفجره را می توان نام برد. اسید سولفوریک در واکنش با اسید نیتریک، یون نیترونیوم را تولید می کند که در فرآیند نیترودار کردن بسیاری از ترکیبات دیگر استفاده می شود.

فرآیند نیترودار کردن در صنایع تولید مواد منفجره مانند تولید تری نیتروتولوئن، نیتروگلیسیرین و... استفاده می شود.
اسید سولفوریک در انباره های سربی مانند باتری ماشین به عنوان محلول الکترولیت استفاده می شود. اسید سولفوریک ، یک عامل آبگیری بسیار قوی نیز می باشد. 

در اکثر واکنش ها به عنوان عامل هیدراتاسیون استفاده می شود و در تولید میوه های خشک هم به میزان کم، از اسید سولفوریک برای جذب آب موجود استفاده می کنند.
از دیگر کاربردهای این اسید میتوان به کاربرد اسید سولفوریک در باغات پسته با هدف اصلاح شرایط     ph خاک اشاره کرد.

مواد ناسازگار با آن شامل:

  1 - اکثر فلزات، اکسید فلزات، قلیاها، الکل ها، اکسید کننده های قوی و اسیدها می باشند. اسید سولفوریک حلال اکثر فلزات می باشد و به شدت خورنده است.
  2- در شرایط جوی گرم ممکن است اسید، فیومها و ذرات التهاب زا و اکسیدهای سمی سولفور در هوا آزاد شوند.
. -در کل اسید سولفوریک ماده ای است پایدار و فاقد هرگونه پلیمریزاسیون خطرناکی می باشد3
  .-اسید سولفوریک باعث اکسیداسیون، دهیدروژنه شدن و سولفوناسیون ترکیبات آلی می شود4
  5 - جهت رقیق نمودن اسید سولفوریک هرگز آب به اسید اضافه نکنید، چراکه باعث پاشش و جوشش اسید می شود. همیشه بایستی اسید را اندک اندک به آب اضافه نمود.

فرآیند تولید اسید سولفوریک از گوگرد

در حال حاضر مهمترین روش تولید اسید سولفوریک، تولید از گوگرد عنصری است. دی اکسید گوگرد ممکن است از اکسیداسیون گوگرد خام و یا اکسیداسیون سولفیدهای فلزی گوگرد نظیر سولفید مس، سولفید سرب، سولفید نیکل، سولفیدهای آهن، سولفید روی و یا سولفید مولیبدیم تولید شود. 

اکسیداسیون سولفید هیدروژن می شود. (H₂S) نیز منجر به تولید دی اکسید گوگرد  تبدیل دی اکسید  گوگرد به تری اکسید گوگرد در فرایند اکسیداسیون کاتالیستی با کاتالیست سدیم و یا پنتا اکسید وانادیم اصلاح یافته انجام می شود. 

در نهایت از هیدراسیون تری اکسید گوگرد اسید سولفوریک تولید می شود. اصلی ترین روش تولید تجاری اسید سولفوریک به این صورت است که ابتدا دی اکسید گوگرد از گوگرد تهیه می شود. سپس دی اکسید گوگرد در فرایند اکسیداسیون کاتالیستی به تری اکسید گوگرد تبدیل می شود و سپس از واکنش تری اکسید گوگرد با آب اسید سولفوریک غلیظ تولید می شود.

 

شیمی راهنمایی1 تکمیلی سمپاد

Shimi1Rahnemayi_Takmili-Sampad

ذرات بنیادی تشکیل دهنده اتم

                                                                                                                                           

اتم (Atom)

کوچکترین واحد تشکیل دهنده یک عنصر شیمیایی است که خواص منحصر به فرد آن عنصر را حفظ می‌کند. تعریف دیگری آن را به عنوان کوچکترین واحدی در نظر می‌گیرد که ماده را می‌توان به آن تقسیم کرد بدون اینکه اجزاء بارداری از آن خارج شود. اتم ابری الکترونی که هستهٔ اتم را احاطه کرده‌است. هسته نیز خود از پروتون و نوترون تشکیل شده است. زمانی که تعداد پروتون‌ها و الکترون‌های اتم با هم برابر هستند اتم از نظر الکتریکی در حالت خنثی یا متعادل قرار دارد در غیر این صورت آن را یون می‌نامند که می‌تواند دارای بار الکتریکی مثبت یا منفی باشد. اتم‌ها با توجه به تعداد پروتون‌ها و نوترون‌های آنها طبقه‌بندی می‌شوند. تعداد پروتون‌های اتم مشخص کننده نوع عنصر شیمیایی و تعداد نوترون‌ها مشخص‌کننده ایزوتوپ عنصر است.

نظریه فیزیک کوانتوم تصویرپیچیده‌ای ازاتم ارائه می‌دهدواین پیچیدگی دانشمندان رامجبورمی‌کند که جهت توصیف خواص اتم بجای یک تصویرمتوسل به تصاویرشهودی متفاوتی ازاتم شوند.بعضی وقت‌هامناسب است که به الکترون به عنوان یک ذره متحرک به دور هسته نگاه کرد و گاهی مناسب است به آنها عنوان ذراتی که در امواجی با موقعیت ثابت در اطراف هسته (مدار: orbits) توزیع شده اند نگاه کرد. ساختار مدارها تا حد بسیار زیادی روی رفتار اتم تأثیر گذارده و خواص شیمیایی یک ماده توسط نحوه دسته بندی این مدارها معین می‌شود.

اجزا

جهت بررسی اجزاء یک ماده، می‌توان به صورت پی در پی آن را تقسیم کرد. اکثر مواد موجود در طبیعت ترکیب شلوغی از مولکول‌های مختلف است. با تلاش نسبتاً کمی می‌توان این مولکول‌ها را از هم جدا کرد. مولکول‌ها خودشان متشکل از اتم‌ها هستند که توسط پیوندهای شیمیایی به هم پیوند خورده اند. با مصرف انرژی بیشتری می‌توان اتم‌ها را از مولکول‌ها جدا کرد. اتم‌ها خود از اجزاء ریزتری بنام هسته و الکترون تشکیل شده که توسط نیروهای الکتریکی به هم پیوند خورده اند و شکستن آنها انرژی بسی بیشتری طلب می‌کند. اگر سعی در شکستن این اجزا زیر اتمی با صرف انرژی زیاد بکنیم، کار ما باعث تولید شدن ذرات جدیدی می‌شود که خیلی از آنها بار الکتریکی دارند.

همانطور که اشاره شد اتم از هسته و الکترون تشکیل شده است. جرم اصلی اتم در هسته قرار دارد؛ فضای اطراف هسته عموماً فضای خالی می‌باشد. هسته خود از پروتون  و نوترون تشکیل شده، الکترون هم بار منفی دارد. این سه ذره عمری طولانی داشته و در تمامی اتم‌های معمولی که به صورت طبیعی تشکیل می‌شوند یافت می‌شود. بجز این سه ذره، ذرات دیگری نیز در ارتباط با آنها ممکن است موجود باشد؛ می‌توان این ذرات دیگر را با صرف انرژی زیاد نیز تولید کرد ولی عموماً این ذرات زندگی کوتاهی داشته و از بین می‌روند.

اتم‌ها مستقل از اینکه چند الکترون داشته باشند (۳ تا یا ۹۰ تا)، همه تقریباً یک اندازه دارند. به صورت تقریبی اگر ۵۰ میلیون اتم را کنار هم روی یک خط بگذاریم، اندازه آن یک سانتیمتر می‌شود. به دلیل اندازه کوچک اتم ها، آنها را با واحدی به نام انگسترم که برابر ^۱۰- ۱۰ متر است می‌سنجند.

ذرات زیراتمی

ذره زیراتمی به بخشی از ذرات بنیادی و ذرات ترکیبی گفته می‌شود که کوچکتر از اتم هستند.فیزیک ذرات و فیزیک هسته‌ای بخشی از فیزیک هستند که به مطالعه این ذرات می‌پردازند.

معروفترین ذرات زیر اتمی الکترونها، پروتونها و نوترونها هستند. پروتون و نوترون ذرات ترکیبی هستند که از کوارک تشکیل شده‌اند. دیگر ذرات زیراتمی فوتون و نوترینو هستند که توسط خورشید ایجاد می‌شود. بیشتر ذرات زیر اتمی از طریق بررسی پرتو کیهانی کشف شدند. پرتوها بردو نوعند: یونیزاسیون وغیر یونیزاسیون. پرتوها به دوگونه به ذرات زیر اتمی تاثیر می گذارند پرتوهای یونیزاسیون دربرخورد با ذرات زیر اتمی رادیکال‌های آزاد تولید کرده مثل آلفا وبتا واما پرتوهای غیر یونیزاسیون که بار نداشته وایجاد پوزش نمی کنند مثل اشعه گاما وایکس.از آنها در شتابدهنده‌ها استفاده می‌شود.

فرمیون (Fermion)

بر اساس نام فیزیکدان ایتالیایی انریکو فرمی نام گذاری شده‌است .به ذرات بنیادی با اسپین نیمه گفته می‌شود. اصولا همه ذره‌های اساسی در مکانیک کوانتومی، یا از فرمیون‌ها یا از بوزون‌ها هستند. الکترون‌ها، لپتون‌ها، نیتریون‌ها و حتی کوارک‌ها همگی فرمیون می‌باشند. به این ترتیب، ذرات تشکیل‌شده از تعداد فردی از فرمیون‌ها نیز، جزو فرمیون‌ها می‌شوند.

در فیزیک ذرات،فرمیون‌ها ذراتی هستند که ازآمار فرمی–دیراک،تبعیت می‌کنند،در مقابل آنها،بوزونها از آمار بوز – اینشتین پیروی می‌کنند .

به هر جهت تمایز بین دو مفهوم در فیزیک کوانتومی نامشخص است .فرمیون‌ها می‌توانند ذرات بنیادی باشند مانند الکترون یا ترکیبی باشند مثل پروتون . همهٔ فرمیون‌های مشاهده شده، دارای اسپین نیمه صحیح هستند برخلاف بوزون‌ها که اسپین صحیح دارند . در قضیه اسپین - آمار ، نشان داده می‌شود که یک تابع موج، با تعویض جای دو فرمیون همسان،منفی می‌شود. البته در سیستم‌های بوزونی، با جابه جایی دو بوزون، تابع موج هیچ تغییری نمی‌کند.در مدل استاندارد،دو گونه فرمیون بنیادی وجود دارد:کوارک‌ها و لپتون‌ها.در کل ۲۴ فرمیون متفاوت وجود دارد: ۶ کوارک و ۶ لپتون، که هر کدام با پاد ذرهٔ متناظرش همراه است.

۱۲ کوارک : 6 ذره (u • d • s • c • b • t ) به همراه ۶ پاد ذرهٔ متناظر( t •u • d • s • c • b)

۱۲ لپتون : ۶ ذره (e⁻ • μ⁻ • τ⁻ • ν_e • ν_μ • ν_τ ) به همراه ۶ پاد ذرهٔ متناظر (+e+ • μ • τ⁺ • ν_e • ν_μ • ν_τ)

فرمیون‌های مرکب، مانند پروتون‌ها و نوترون‌ها، بخش اساسی و ضروری ماده‌اند . فعل و انفعالات داخلی ضعیف فرمیون‌ها، می‌تواند همچنین رفتار بوزونی نشان دهد.

تعریف و ویژگی‌های اساسی

طبق تعریف،فرمیون‌ها ذراتی هستند که از آمار فرمی-دیراک تبعیت می‌کنند.ذراتی که بوسیلهٔ آمار فرمی-دیراک توصیف می‌شوند،از اصل طرد پاؤلی پیروی می‌کنند.به این معنی که تمایل ندارند در کنار هم قرار بگیرند،یعنی فرمیون‌ها منزوی هستند و هیچ دو فرمیونی نمی‌تواند در یک لحظهٔ معین،یک حالت کوانتومی را اشغال کنند. این ذرات طبق اصل طرد پائولی هنگامی که در یک حالت کوانتومی قرار می‌گیرند همدیگر را دفع می‌کنند و اگر ذره‌ای در یک حالت کوانتومی خاص قرار گیرد مانع از آن می‌شود که ذره دیگری هم بتواند به آن حالت دسترسی یابد .این امر،باعث سختی و استحکام حالت‌هایی می‌شود که شامل فرمیون هستند ( هسته، اتمها ،مولکولها و ... )؛بنابراین گاهی اوقات گفته می‌شود که فرمیون‌ها بخش اصلی ماده هستند،در حالی که بوزون‌ها ذراتیند که فعل و انفعالات را انتقال می‌دهند (حاملان نیرو) یا بخش اصلی تشعشعاتند. میدان‌های کوانتومی فرمیون‌ها،که میدانهای فرمیونیک  ( fermionic fields ) نامیده می‌شوند از روابط تبدیل متعارفی و استاندارد،پیروی می‌کنند .

اصل طرد پاولی درمورد فرمیون‌ها و استحکام ناشی از آن در ماده،منجر می‌شود به پایداری لایه‌های الکترون و ترکیب اتم‌ها و بنابراین ساخت ترکیبات شیمی ممکن می‌شود . همچنین دلیلیست برای فشار داخلی مادهٔ تبهگن که تا حد زیادی حالت تعادل کوتوله‌های سفید و ستاره‌های نوترونی را برقرار می‌کند .

تمام ذرات بنیادی دارای یک خصوصیت کوانتوم مکانیکی اند که می‌توان تقریباً آن را چرخش فرض کرد. فرمیون‌ها (الکترون‌ها، پروتون‌ها و نوترون‌ها) دارای چرخش‌هایی هستند که مضارب نیمه صحیح اند؛ بدین معنا که اگر بخواهیم با استعاره صحبت کنیم باید بگوئیم که لازم است دو دور کامل بچرخند تا به وضعیت ابتدایی خویش بازگردند. بوزون‌ها (مثلاً فوتون‌ها) دارای چرخش‌هایی با مضرب صحیح (۰ ۱، ۲، و غیره) هستند.

در سیستم‌های بزرگ،تفاوت بین آمار بوزونی و فرمیونی تنها در چگالی‌های بالا وقتی در تابع‌های موج،همپوشانی وجود داشته باشد،ظاهر می‌شود.در چگالی‌های پایین،هر دو آمار با تقریب خوبی توسط قاعدهٔ آماری ماکسول – بولتزمن جواب می‌دهند که توسط مکانیک کلاسیک بیان می‌شود .

انواع فرمیون

فرمیون‌ها شامل دو بخش اصلی شناخته شده هستند:

کوارک:

یک ذره بنیادی و جزء اساسی تشکیل دهنده ماده می‌باشد. کوارک‌ها با هم ترکیب می‌شوند تا ذرات مرکبی به نام هادرون (hadron) را به وجود آورند، پروتون و نوترون یکی از معروف‌ترین آنها هستند. آنها تنها ذرات بنیادی برای آزمایش همه چهار برهم کنش اساسی یا نیروهای اساسی در مدل استاندارد می‌باشند. به خاطر پدیده‌ای که به تجدید رنگ معروف است، کوارک‌ها هیچ گاه به صورت انفرادی یافت نمی‌شوند؛ آنها را فقط می‌توان درون هاردونها پیدا کرد. به همین دلیل بیشتر آنچه که ما درباره کوارک‌ها می‌دانیم از مشاهده خود هاردونها به دست آمده‌است.شش نوع مختلف از کوارک‌ها وجود دارد که به طعم (flavor) شهرت دارند : بالا (up)، پایین(down)، افسون(charm)، بیگانه(strange)، نوک(top) و پایین(bottom). بالا و پایین دارای کمترین وزن در بین کوارک‌ها می‌باشند. کوارک‌های سنگین تر در طول یک فرآیند واپاشی به سرعت به کوارکهای بالا(up) و پایین(down) تبدیل می‌شوند: تبدیل شدن از حالت وزن بیشتر به حالت وزن کمتر. به همین علت کوارک‌های بالا و پایین عموما پایدار می‌باشند و رایج‌ترین کوارک‌ها در عالم می‌باشند،در حالی که کوارک‌های strange، charm، top، bottom فقط در تصادم‌های با انرژی زیاد تولید می‌شوند ( مثل تابشهای کیهانی و شتاب دهنده‌های ذرات). یک پروتون از دو کوارک بالا و یک کوارک پایین تشکیل شده است،ولی نوترون از یک کوارک بالا و دو کوارک پایین تشکیل شده است؛کوارک‌ها به وسیله گلوئون به هم می‌چسبند. کوارک‌ها خواص ذاتی گوناگونی دارند که شامل شارژ الکتریکی، شارژ رنگ، اسپین و جرم می‌باشد. برای هر یک از طعم‌های کوارک یک پادماده متناظر وجود دارد که به پادکوارک نیز شناخته می‌شوند و فقط در برخی خصوصیات دارای علامت مخالف می‌باشد. کوارک‌ها تنها ذرات شناخته شده می‌باشند که شارژ الکتریکی آنها کسری از شارژ پایه می‌باشد.

پروتون
ساختار کوارکی پروتون
ترکیب:	ذره بنیادی	استدلال:	ماری گلمان (1964)جورج زویگ (1964)
خانواده:	فرمیون	کشف شده:	SLAC (~1968)
گروه:	کوارک	نماد:	q
رده:	۱٬۲٬۳	No. of types:	(u, d, c, s, t و b)
برهم‌کنش:	نیروی ضعیف٬نیروی قوی٬نیروی جاذبه٬ نیروی الکترومغناطیس	بار الکتریکی:	+2⁄3 e, −1⁄3 e
ذره بنیادی:	آنتی‌کوارک (q)	بار رنگ:	بله
پاد ذره بنیادی:	پاد پروتون	اسپین:	1⁄2

لپتون:

ذره ایست با اسپین ‎۱/۲ (فرمیون) که نیروی هسته‌ای قوی روی آن تأثیر ندارد.بطور کلی شش لپتون وجود دارد سه تا ازآنها دارای بارالکتریکی بوده وسه تای دیگر هم فاقد بارالکتریکی هستند.لپتون‌ها جز ذرات بنیادین شناخته شده‌اند یعنی ذراتی که از ذرات کوچک‌تر تشکیل نشده‌اند البته فعلاً معروفترین لپتون همان الکترون است ē بایک بار منفی؛ دولپتون بارداردیگر میون (muon (μ وتاو (τ) هستند، که ازنظربارمثل الکترون ولی دارای جرم خیلی بیشتر نسبت به آن هستند.لپتونهای بدون بار سه نوع نوترینو(neutrinos (υ هستند که عبارت‌اند از نوترینوی الکترون، نوترینوی میون و نوترینوی تاو. نوترینوها فاقد بارالکتریکی بوده ولی دارای جرم بسیار ناچیزی هستند ویافتن آنها هم بسیار مشکل است.

لپتون‌ها شامل : نوترینو، لپتون تاو، میون، پوزیترون و الکترون است.

فرمیون‌های بنیادی

تمام ذرات بنیادی مشاهده شده یا فرمیون هستند یا بوزون .فرمیون‌های شناخته شده به دوگروه تقسیم می‌شوند:کوارک‌ها ولپتون‌ها

کوارک‌ها ، پروتون‌ها و نوترون‌ها و سایر باریون‌ها را می‌سازند که فرمیون‌های مرکبند . همچنین مزون‌ها را شامل می‌شوند که بوزون‌های مرکبند .

لپتون‌ها الکترون‌ها و ذرات سنگین (muon لپتون‌های ناپایدار و tauon لپتون‌ها با بار منفی ) را شامل می‌شوند .

فرمیون‌های مرکب

ذرات مرکب (مانند هادرون‌ها،هسته‌ها و اتم‌ها)می‌توانند بسته به اجزای اصلیشان،فرمیون یا بوزون باشند.به طور دقیق تر،به دلیل وابستگی بین اسپین و آمار،اگر ذره‌ای تعداد فردی فرمیون داشته باشد،خودش فرمیون است و اسپین نیمه صحیح خواهد داشت . برای مثال :

• یک باریون مانند پروتون و نوترون ،شامل سه کوارک فرمیونیست . بنابراین یک فرمیون است .

·         هستهٔ اتم کربن-۱۳ ،شامل ۶ پروتون و ۷ نوترون است . بنابراین یک فرمیون است .

• اتم هلیوم-۳ (۳He)، از دو پروتون، یک نوترون و ۲ الکترون تشکیل شده و بنابراین یک فرمیون است .

رفتار فرمیونی یا بوزونی یک ذره(یا سیستم)مرکب،تنها در فواصل طولانی(در مقایسه با اندازهٔ سیستم)دیده می‌شود.هنگامی ساختار سه بعدی اهمیت می‌یابد که ذره ( یا سیستم ) مرکب، طبق ساختار تشکیل دهنده اش رفتار کند .

وقتی که فرمیون‌ها درمجاورت باجفتشان مرزضعیفی داشته باشد،می توانند ازخود رفتار بوزونی نشان دهند.این،اساس ابررسانایی و ابرشارگی هلیوم-۳ است .

حالت چگالیدهٔ فرمیونی

طی مدت زمان طولانی ماده را به سه حالت می‌شناختند که عبارت بودند از :جامد،مایع و گاز.اما امروزه می‌دانیم که حداقل شش حالت برای ماده وجود دارد که عبارتند از:جامد،مایع ،گاز،پلاسما،حالت چگالیده بوز-انیشتین و حالت چگالیده فرمیونی

"دبورا جین" (Deborah Jin) از دانشگاه کلورادو که گروهش در اواخر پاییز ۱۳۸۲ ، موفق به کشف حالت چگالیده فرمیونی شده‌است، می‌گوید: وقتی با شکل جدیدی از ماده روبرو می‌شوید، باید زمانی را صرف شناخت ویژگیهایش کنید. آنها این ماده تازه را با سرد کردن ابری از پانصدهزار اتم پتاسیم با جرم اتمی ۴۰ تا دمایی کمتر از یک میلیونیم درجه بالاتر از صفر مطلق پدیدآوردند. این اتمها در چنین دمایی بدون گرانروی جریان می‌یابند و این ، نشانه ظهور ماده‌ای جدید بود. در دماهای پایین‌تر چه اتفاقی می‌افتد؟ هنوز نمی‌دانیم.

حالت چگالیده فرمیونی تا حدی شبیه چگالش بوز-اینشتین است. هر دو حالت از اتم‌هایی تشکیل شده‌اند که این اتم‌ها در دمای پایین به هم می‌پیوندند و جسم واحدی را تشکیل می‌دهند. در چگالش بوز-اینشتین اتم‌ها از نوع بوزون هستند در حالی که در چگالش فرمیونی اتم‌ها،فرمیون هستند. این شکل از ماده چنان بدیع است که هنوز اغلب خواص آن ناشناخته‌است. اما آنچه که مسلم است اینست که این حالت در دمای بسیار پایین قابل دسترسی است.

اتمهای پتاسیم با عدد جرمی ۴۰ ، فرمیون هستند زیرا دارای ۱۹ الکترون، ۱۹ پروتون و ۲۱ نوترون هستند و حاصل جمع این سه عدد برابر ۵۹ می‌شود.

دستیابی به حالت ششم ماده

دکتر جین و همکارانش، برای دستیابی به حالت چگالیدهٔ فرمیونی،تعداد ۵۰۰ هزار اتم پتاسیم با عدد جرمی ۴۰ را تا دمایی کمتر از یک میلیونیوم کلوین سرد کردند. این دما بسیار نزدیک به صفر مطلق است. در این حالت اتمهای پتاسیم بدون آنکه چسبندگی میان آنها وجود داشته باشد، به صورت مایع جریان یافتند. برای مقابله با خواص ادغام ناپذیری فرمیون می‌توان از تأثیر میدان مغناطیسی بر آن استفاده کرد. میدان مغناطیسی سبب می‌شود فرمیون‌های تنها جفت شوند قدرت این پیوند را میدان مغناطیسی تعیین می‌کند.جفت اتم‌های پتاسیم برخی خواص فرمیون را حفظ می‌کنند ولی شبیه بوزونها عمل می‌کنند. یک جفت الکترون می‌تواند در جفت دیگری ادغام شود و جفت تازه در جفتی دیگر ادغام شود و این کار ادامه یابد تا سر انجام ماده چگال فرمیونی شکل گیرد.حالت‌های پنجم و ششم ماده تنها موادی هستند که حرکت مولکول‌های آنها بسیار آهسته‌است و در شرایط خاص آزمایشگاهی تهیه می‌شوند. این مواد، کاربرد فراوانی در علم و صنعت و مخصوصاً فناوری فضایی دارند . دانشمندان ،خواص این مواد را قبل از کشف،پیش بینی کرده بودند ولی روش تهیه آنها برای دانشمندان مجهول بود اما با بررسی خواصشان مشخص شد که برای تهیه این مواد به یخچال‌های پیشرفته نیاز است که امکان ساخت آن تنها در دهه اخیر مهیا شده‌است .این یخچالها می‌توانند دما را تا حد زیادی به صفر مطلق نزدیک کنند.

ویژگی‌های حالت چگالیدهٔ فرمیونی

از جمله خصوصیات منحصر به فرد چگال فرمیونی می‌توان به گرانروی (غلظت) بسیار زیاد آن اشاره کرد که مشابه این پدیده را در ابررساناها می‌بینیم. در یک ابررسانا جفت الکترون‌ها می‌توانند بدون هیچ مقاومتی جریان یابند. این ویژگی دانشمندان را امیدوار به ساختن ابر رساناهایی کرده که در دمای اتاق قابل استفاده باشند.

الکترون‌ها به دلیل این که خاصیت چسبندگی میان آن نیست و به راحتی می‌توانند جریان یابند و مانند یک ابر رسانای بسیار مدرن عمل کنند، می‌توانند بدون آن که با مقاومت الکتریکی مواجه شوند به راحتی جریان یابند.

بوزون (Boson)

در فیزیک ذرات بوزون‌ها ذرات زیر اتمی هستند که از آمار بوز-آلبرت اینشتین تبعیت می کنند.بوزون‌ها بر اساس نام ساتیندرا بوز و آلبرت اینشتین نام گذاری شده اند .در مقابل انها فرمیون‌ها هستند که از امار فرمی-دیراک تبعیت می کنند. چندین بوزون میتوانند حالت کوانتومی مشابهی را اشغال کنند ،بنابراین بوزون هایی با انرژی یکسان می توانند مکان مشابهی را در فضا اشغال نمایند. بنابراین بوزون‌ها اغلب ذراتی هستند که حاملین نیرو هستند در حالی که فرمیون‌ها معمولاً بخش اصلی ماده می باشند .

بوزون‌ها ممکن است ساده و مقدماتی باشند مثل فوتون ها یا مرکب باشند مثل مزون ها . همهٔ بوزون ها دارای اسپین صحیح هستند ؛بر خلاف فرمیون ها که دارای اسپین نیمه صحیح هستند .این مطابق است با قضیه اسپین-آمار که به این صورت بیان میشود :در تئوری میدان کوانتوم نسبیتی ذرات با اسپین صحیح بوزون هستند و ذرات با اسپین نیمه صحیح فرمیون هستند. بیشتر بوزون‌ها ذرات مرکب هستند.در مدل استاندارد 5 بوزون وجود دارد که مقدماتی هستند :چهار بوزون شاخص (γ • g • W± • Z)  و  یک بوزون هیگز (H0) .بر خلاف بوزون‌های شاخص ،بوزون‌های هیگز هنوز به طور تجربی مشاهده نشده اند. بوزون‌های مرکب در ابرشارگی و بعضی کاربردهای حالت چگالیدهٔ بوز-انیشتین مهم هستند .

تعریف و ویژگی‌های اساسی

بر اساس تعریف ،بوزون‌ها ذراتی هستند که از آمار بوز انیشتین تبعیت می کنند. وقتی جای 2 بوزون با هم عوض می شود،تابع موج سیستم تغییری نمی کند در حالیکه فرمیون‌ها از آمار فرمی-دیراک و اصل طرد پاولی تبعیت می کنند.

نتیجه دیگر این است که اسپکتروم یک فوتون گازی شکل ، در تعادل دما ،پلانک-اسپکتروم نامیده میشود. مثل تابش جسم سیاه یا تابش زمینه کیهانی.

خصوصیات لیزرهاومیزرها(تقویت امواج میکروویو)،ابرشاره هلیوم-4وحالت چگالیدهٔ بوز-انیشتین،همگی ازاثرات بوزون‌ها هستند.

در همه نیروهایی که ما می شناسیم، فعل وانفعال ‌های بوزون‌های مجازی و فرمیون‌های حقیقی، تعامل اساسی نامیده می شود. بوزون هایی که در این تعامل‌ها شرکت می کنند ، بوزون‌های پیمانه ای نامیده می شوند.

همهٔ ذرات مقدماتی که ما میشناسیم یا بوزون هستند یا فرمیون ، که بنا به اسپین آنها ، ذرات با اسپین نیمه صحیح را فرمیون و ذرات با اسپین صحیح بوزون‌ها هستند. در کوانتوم مکانیکی این مشاهده کاملا تجربی است در حالی که در کوانتوم نسبیتی بنا به قضیه اسپین-آمار ،ذرات با اسپین نیمه صحیح نمی توانند بوزون و ذرات با اسپین صحیح نمی توانند فرمیون باشند.در سیستم‌های بزرگ تفاوت میان تعداد بوزون‌ها و فرمیون‌ها فقط در غلظت‌های بالا معلوم می شود.

بوزون‌های مقدماتی

بوزون‌های ساده یا مقدماتی مشاهده شده ،بوزون‌های پیمانه ای هستند مثل فوتون‌ها و بوزون‌های w , zو gluons .

• فوتون‌ها حامل نیروی میدان مغناطیسی هستند.
• بوزون هایz, w  حامل نیروهای ضعیف هسته ای هستند.
• Gluons حامل نیروی بنیادین (نیروی قوی هسته ای) هستند.

در آخر،بسیاری ازرویکردهای گرانش کوانتومی نیرویی برای گرانش درنظرمی گیرد به نامgravitonکه یک بوزون بااسپین 2 است .

بوزون‌های مرکب

ذرات مرکب مثل هسته و اتم می توانند بوزون یا فرمیون باشند،که بستگی به ترکیبات آنها دارد به طور دقیق به دلیل رابطه میان تعداد و اسپین،ذراتی که تعداد زوجی از فرمیون‌ها را حمل می‌کند تا وقتی که اسپین صحیح دارند یک بوزون هستند .

مثال‌های دیگر شامل موارد زیر است:

• یک مزون که شامل 2 فرمیون کوارک است یک بوزون است.
• هسته اتم کربن-12 که شامل 6 پروتون و 6 نوترون است ،یک بوزون است.
• اتم هلیوم-4 که تشکیل شده از 2 پروتون و 2نوترون و2 الکترون، یک بوزون است .

تعدادی از بوزون‌ها از ذرات مرکب تشکیل شده اند مثلا از ذرات ساده که پتانسیل محدودی دارند و این که یک بوزون باشد یا فرمیون تاثیری ندارد.

هادرون  (Hadron)

در فیزیک ذرات ، هادرون (گرفته شده از زبان یونانی به معنای محکم، سخت) عبارتست از وضعیت محدود کوارک‌ها. هادرونها به اتفاق یکدیگر یک نیروی قوی ایجاد می‌نمایند که همچون عملکرد اتم‌ها با هم،در اثر نیروی الکترومغناطیسی است.دو زیرمجموعه از هادرونها وجود دارد: باریون‌ها و مزون‌ها. از میان معروفترین باریونها، می‌توان به پروتون‌ها و نوترون‌ها اشاره کرد.

مقدمه

طبق الگوی کوارک ، خصوصیات هادرونها مقدمتا از طریق به اصطلاح کوارکهای ظرفیت تعیین می‌گردد. مثلا، پروتون از دو کوارک فوقانی (هر کدام دارای بار الکتریکی ۳/۲+) و یک کوارک تحتانی (واجد بار الکتریکی ۳/۱-) تشکیل می‌شود. با افزودن این بارها به هم، بار پروتونی برابر با ۱+ حاصل می‌شود. اگرچه کوارکهای مرکب نیز حامل بار رنگ (بی ارتباط با رنگ ظاهری) می‌باشند، ویژگی نیروی قوی هسته‌ای که تجدید رنگ نامیده می‌شود مستلزم آن است که هر وضعیت ترکیبی حامل بار ته نشست رنگ نباشد. یعنی، هادرونها باید بی‌رنگ باشند. دو روش برای تحقق این امر وجود دارد: سه کوارک با رنگهای متفاوت، یک کوارک تکرنگ و یک ضد کوارک حامل عامل ضد رنگ. هادرونهای مبتنی بر الگوی اول ابرون‌ها هستند در حالی که هادرونهای نوع اخیر مزون‌ها نامیده می‌شوند.

همچون کلیه ذرات فرواتمی، برای هادرونها نیز اعداد کوانتومی تعیین می‌گردد که به بازنمودهای گروه پوآنکاره مربوط می‌گردد: (mpcJ) که در آن J عدد کوانتومی اسپین، p زوجیت ذاتی ذره، و c هم یوغی بار یا زوجیت نوع c و گشتاور چهارگانه ذره m (یعنی جرم آن) هستند. توجه کنید که جرم هادرون بسیار کوچک بوده و به جرم کوارکهای ظرفیت آن بستگی دارد و نیز در اثر معادل جرم- انرژی،بخش اعظم جرم از مقدار فراوان انرژی مرتبط با نیروی قوی هسته‌ای حاصل می‌شود. هادرونها نیز می‌توانند حامل اعداد کوانتوم دارای تعامل ضعیف همچون ایزواسپین (یا زوجیت نوع- G)،و شگرفی باشند. تمام کوارکها یک عدد کوانتومی افزایشی و ابقا شده به نام عدد باریون (B) دارند که معادل ۳/۱+ برای خود کوارکها و مقدار ۳/۱- برای ضد کوارکها است. این یعنی آن که باریونها- گروه‌های سه کوارکی- عدد باریونی ۱=Bدارند در حالی که مزونها دارای عدد باریونی۰=B می‌باشند.

هادرونها وضعیتهای تحریک شده‌ای تحت عنوان ارتعاشات دارند. هر هادرون در وضعیت عادی می‌تواند وضعیتهای تحریک شده مختلفی داشته باشد؛ طی آزمایشهای فیزیک ذرات صدها نوع ارتعاش برای آنها مشاهده شده‌است. ارتعاشات بسیار سریع (طی حدود ۲۴- ۱۰ ثانیه) در اثر نیروی قوی هسته‌ای تخریب می‌شوند.

در فازهای دیگر ماده پویافام کوانتوم QCD، هادرونها از بین می‌روند. مثلا، در دما و فشار بسیار زیاد، در صورت وجود اعداد تعاملی ضعیف در کوارکها، نظریه پویافامی کوانتوم (QCD) پیش بینی می‌کند که کوارکها و گلوؤن‌ها بطور ضعیف با هم تعامل نموده و دیگر درون هادرونها محدود نخواهند شد. این خصوصیت به عنوان آزادی مجانبی شناخته می‌شود که به لحاظ آزمایشگاهی در مقیاسهای انرژی بین یک گیگا الکترون ولت (Gev) و یک ترا الکترون ولت Tev))مورد تایید قرار گرفته‌است.

باریونها

کلیه انواع شناخته از باریون‌ها از سه کوارک ظرفیت تشکیل می‌گردند، و بنابراین از گروه فرمیون‌ها هستند. آنها دارای عدد باریونی۱= B هستند،در حالی که در ضد باریونها (که از سه ضد ذره کوارک تشکیل شده‌اند) عدد باریونی ۱- = B است. باریونها حاوی یک جفت ضد کوارک اضافی هستند که پنتاکوارک نامیده می‌شود. شواهد مربوط به وضعیتها طی آزمایشهای متعدد در اوایل سال ۲۰۰۰ حاکی از آن بوده اگرچه این باور از آن زمان تاکنون مورد تکذیب قرار گرفته‌است. هیچگونه مدرکی درباره حالات باریون حتی با جفت کوارک- ضدکوارک بیشتر وجود ندارد.

مزونها

مزونها باریون‌هایی هستند که از یک جفت کوارک- آنتی کوارک تشکیل می‌شوند. عدد باریونی آنها ۰ = B است. نمونه‌هایی از مزونها معمولاً در آزمایشهای فیزیک ذرات تولید می‌شود از جمله پیون‌ها و کائون‌ها. پیون از طریق ته نشست قوی نقش نگهدارنده بخشهای هسته اتم را به یکدیگر ایفا می‌کند. مزونهای فرضی بیش از یک جفت کوارک- ضد کوارک دارند؛ مزون از دو جفت کوارک- ضدکوارک به نام تتراکوارک تشکیل شده‌است. در حال حاضر هیچگونه مدرکی دال بر وجود آنها وجود ندارد. مزونهایی که خارج از طبقه بندی الگوی کوارک قرار می‌گیرند، مزونهای بیگانه خوانده می‌شوند. این مزونها شامل گلوبال‌ها (گلوؤنهای به هم چسبیده) و مزونهای دورگه می‌گردد (مزونها توسط گلوءن‌های تحریک شده محدود می‌گردند).

ذرات بنیادی در فیزیک
ذرات بنیادی اولیه	فرمیون‌ها:  کوارک‌ها: •کوارک نوک t  •کوارک ته b  •کوارک افسون  c • کوارک بیگانه•  s کوارک پایین d •کوارک بالا u  لپتون‌ها:  •نوترینوتاو  •   ντ نوترینو الکترون •  νeنوترینو میون νμ •لپتون تاو τ- • τ+   •میون  μ- • μ+   •پوزیترون•  e+ الکترون: e- بوزون‌ها: بوزون‌های تبادلگر نیرو• W± • Z0 گلوئون •      g فوتون: γ
ذرات ترکیبی	هادرون‌ها: باریون‌ها/هیپرون/هسته• ذره آبشار  Ξb •ذره امگا  Ω •ذره خی  Ξ •ذره سیگما  Σ •ذره لامبدا  Λ •باریون دلتا   Δ •نوترون  n •پروتون  :p مزون‌ها/کوارکونیوم‌ها  •  Υذره اپسیلون •  ذرات        J/ψ                                                                                                          •مزون رو ρ       •کائون•   K پیون π      :

 

نفت

naft
حجم: 1.02 مگابایت

شیمی دهم

shimi-10-Chempic-F1.pdfدریافت
حجم: 2.99 مگابایت