آموختن علم و دانش بیشتر

مقدمه وبلاگ علم و دانش

تاریخ:دوشنبه 10 دی 1397-07:31

علم ، كلیدی كه تمام درها را می گشاید

دانش به معنای دانه ی اندیشه و دانشوری است که جای پاشیدن این دانه،در ذهن انسان است. هر داده دانشی, کلید رازی از چیستان های طبیعت است که پرده از روی پدیده پنهانی برمی دارد و ما را با پیوندی میان دو یا چند چیز آشنا می کند. برای نمونه، دانستن این نکته که آتش آب را گرم می کند و به جوش می آورد، دانه ای دانشی ست که در ذهن کسی که برای نخستین بار با آن آشنا می شود، کاشته می شود. این دانه اندک اندک در ذهن پرورش می یابد و بارور می شود و پیوندهای تازه ای میان آب و آتش آشکار می کند؛ این که با اتش می توان یخ را آب کرد و آب را بجوش آورد و میکروب ها و باکتری های آن را کشت و آن را بی خطر ساخت و نیز گوشت ها، میوه ها و سبزیجات سفت را در آن آب نرم کرد و یا پخت و هم با آب آتشناک، آلودگی ها را زدود و نیز فضای بسته ای را گرم کرد و با کاربرد آب و آتش، ماشین بخار ساخت و هزار و یک.......

 این گونه، دانش، ابزار پیروزی انسان برطبیعت می شود و سازگاری بیشتر او را با زیست بومش فراهم می کند. هر جا نیز که این زیست بوم سخت سری می کند و به نیازهای انسان گردن نمی نهد، وی آن را بازسازی و بازپردازی می نماید تا در راستای نیازهای خود شکل دهد.


     




توزیع انرژی الکتریکی

تاریخ:چهارشنبه 22 شهریور 1391-19:12

مرحله توزیع یکی از مراحل انتهای تحویل انرژی الکتریکی به مصرف کننده‌هاست. این بخش به طور کلی شامل خطوط ولتاژ متوسط (کمتر از ۲۰ کیلوولت)، پست‌های ترانسفورمری «pole-mounted» و خطوط ولتاژ پایین (کمتر از ۱۰۰۰ ولت) می‌شود.

تصویر یک پست pole-mounted (این پست‌ها از یک ترانسفورماتور کوچک نصب شده بر روی تیر تشکیل شده‌اند)۱۱ کیلوولت به ۲۳۰/۴۰۰ ولت در نیوزلند


تاریخچه

در سال‌های آغازین استفاده از انرژی الکتریکی، ژنراتورهای جریان مستقیم "DC" با همان ولتاژ تولیدی به مصرف کننده‌ها متصل شده بودند و به این صورت تولید و انتقال برق با یک ولتاژ انجام می‌گرفت، چراکه هیچ راهی برای تغییر ولتاژ "DC" به جز تغییر ژنراتورها وجود نداشت. از آنجایی که لامپهای التهابی آن زمان تنها در ولتاژ ۱۰۰ ولت قابل استفاده بوده‌اند تنها راه ممکن تولید برق با این ولتاژ بود. همچنین در ولتاژ پایین نیاز به عایق‌کاری زیاد برای حفظ ایمنی نبود و به این صورت تولید و انتقال با ولتاژ ۱۰۰ ولت صورت می‌گرفت که موجب به وجود آمدن تلفات قابل توجه در طول خطوط می‌شد.


از همان ابتدا استفاده از مس به عنوان یک هادی بسیار معمول بود و این به دلیل هدایت الکتریکی و قیمت نسبتاً مناسب مس (امروزه با بالا رفتن قیمت مس از صرفه اقتصادی این فلز کاسته شده) نسبت به دیگر فلزات است. برای کاهش دادن جریان و در نتیجه کاهش میزان مصرف مس باید از ولتاژهای بالاتر در طول خطوط استفاده کرد. اما همانطور که گفته شد، هیچ روش قابل استفاده‌ای برای تغییر ولتاژ DC موجود در آن زمان وجود نداشت، بنابراین سیستم DC ادیسون به کابل‌های ضخیم و ژنراتورهای محلی نیاز داشت. فاصله آخرین مصرف کننده حداکثر باید ۱٫۵ مایل از محل تولید می‌بود تا نیازی به استفاده از هادی‌های با سطح مقطع بسیار بالا نباشد.

ابداع جریان متناوب

پذیرش جریان الکتریکی متناوب "AC" با تغییرات بنیادی در زمینه برق همراه شد، چراکه ترانسفورماتورهای الکتریکی می‌توانستند ولتاژ را تغییر دهند و این، امکان افزایش طول خطوط انتقال فراهم را می‌کرد. با افزایش ولتاژ در طول خطوط، جریان الکتریکی کاهش یافته و بدین صورت، نیاز به استفاده از کابل‌های با سطح مقطع بالا و مولدهای محلی بر طرف می‌شد و در این صورت همچنین امکان تولید انرژی الکتریکی در فواصل دوراز مصرف کننده‌ها نیز فراهم می‌شد.

توزیع در اروپا و آمریکای شمالی

در آمریکای شمالی سیستم‌های توزیع اولیه از ولتاژ ۲۲۰۰ ولت و از سیستم ستاره با سیم نول (corner grounded delta) استفاده می‌کردند. با گذشت زمان این ولتاژ رفته رفته افزایش یافت و به۲۴۰۰ ولت رسید. با گسترش شهرها سیستم ولتاژ به ۴۱۶۰/۲۴۰۰ ولت سه فاز ارتقا یافت. گرچه بعضی از شهرها و شهرک‌ها به استفاده از این ولتاژ ادامه دادند، اما بیشتر شهرها ولتاژ را به تدریج و در مراحل Y۷۲۰۰/۱۲۴۷۰، Y۷۶۲۰/۱۳۲۰۰، Y۱۴۴۰۰/۲۴۹۴۰ و در نهایت Y۱۹۹۲۰/۳۴۵۰۰ افزایش دادند.

در انگلستان و اروپا در گذشته استفاده از سیستم ولتاژ ۳۳۰۰ ولت رایج بوده. با گذشت زمان در انگلستان ولتاژ ابتدا به ۶٫۶kV و سپس به ۱۱kV افزایش یافت.

سیستم‌های توزیع نیز در اروپا و آمریکای شمالی کاملاً متفاوت هستند. در آمریکای شمالی استفاده از تعداد زیادی ترانسفورماتور توزیع و در فواصل کم با مصرف کننده‌ها رایج تر است. برای مثال در ایالات متحده از یک ترانسفورماتور توزیع «pole-mounted» برای تغذیه ۱ تا ۳ خانه استفاده می‌شود، در حالی که در انگلستان ترانسفورماتورهای توزیع توانی بین ۳۱۵ تا ۱۰۰۰ کیلوولت‌امپر دارند و کل یک محله را تغذیه می‌کنند. این به دلیل استفاده از ولتاژ بالاتر در اروپاست (۴۱۵ ولت به جای ۲۳۰ ولت). چراکه با این ولتاژ امکان انتقال توان الکتریکی با تلفات قابل قبول در مسافت‌های طولانی‌تری وجود دارد. ویژگی سیستم آمریکایی این است که در صورت بروز عیب در ترانسفورماتور فقط تعداد کمی از مصرف کننده‌ها از مدار خارج می‌شوند و ویژگی سیستم انگلیسی در متمرکزتر بودن تراسفورماتورهاست بدین صورت تراسفورماتورها کمتر و بزرگ‌تر هستند و با راندمان بالاتری کار می‌کنند و این تلفات انرژی را کاهش می‌دهد.

توزیع و انواع شبکه‌ها

شبکه‌های توزیع معمولاً به دو صورت دسته‌بندی می‌شوند:

  • شعاعی (Radial)
  • اتصال یافته (Interconnected)

در شبکه شعاعی خطوط توزیع پس از جدا شدن از پست توزیع به منبع دیگری متصل نمی‌شوند. از این روش معمولاً در شبکه‌های روستایی با مصرف کننده‌های دور افتاده استفاده می‌شود. از شبکه‌های اتصال یافته معمولاً در شهرها استفاده می‌شود. در این شبکه مسیرهای توزیع دارای دو یا چند اتصال به مسیرهای دیگر هستند بنابراین مصرف کننده‌ها چندین مسیر برای اتصال به منبع دارند.

نقاط اتصال در شبکه اتصال یافته معمولاً باز هستند. اعمال دستور بسته یا باز شدن اتصال‌ها معمولاً به وسیله «دیسپاچینگ» صورت می‌گیرد. کارایی این اتصال‌ها معمولاً در مواقع بروز مشکل در خط مشخص می‌شود. در صورتی که قسمتی از خط به علت خرابی غیر قابل استفاده باشد به وسیله وصل و قطع تعدادی از اتصال‌ها می‌توان قسمت معیوب را از بقیه قسمت‌ها جدا کرده و دیگر قسمت‌ها را تغذیه نمود. هر یک از خطوط جدا شده از پست توزیع دارای کلید مدارشکن (دژنکتور) برای قطع مدار در موقع بروز اشکال هستند.

ممکن است در داخل هر شبکه انواع مختلفی از خطوط مثل خطوط هوایی یا کابلی وجود داشته باشد. البته استفاده از خطوط کابلی در کشورهای پیشرفته درحال افزایش است چراکه در این خطوط کابل‌ها در مسیر دیده نمی‌شوند و این کمک شایانی به افزایش معیارهای زیبایی به ویژه در شهرهای بزرگ با شبکه‌های توزیع درهم پیچیده می‌کند. اما با این حال قیمت تمام شده برای ایجاد خطوط کابلی به مقدار قابل توجهی از خطوط هوایی بیشتر است، تکنولوژی احداث آنها بالاست و همچنین این خطوط از نظر قیمت و راحتی تعمیر و نگهداری نیز با خطوط هوایی قابل مقایسه نیستند و این بزرگ‌ترین مانع برای گسترش این خطوط در کشورهای در حال توسعه‌است.

خصوصیات برق تحویلی به مصرف کننده‌ها به صورت یک تعهد از طرف تولیدکننده بوده وثابت است. برخی از خصوصیات شبکه عبارت‌اند از:

  • امروزه تمامی منابع و ژنراتورهای الکتریکی AC هستند. مصرف کننده‌هایی که از انرژی الکتریکی به صورت DC و در مقادیر بالا استفاده می‌کنند مانند برخی از راه‌آهن‌های برقی، مراکز تلفن و یا بعضی صنایع مانند صنایع ذوب آلمینیوم باید از ژنراتورهای DC یا تجهیزات یکسوساز استفاده کنند.
  • ولتاژ تحویلی شامل تلرانس نیز می‌شود(معمولاً حدود ۱۰ درصد)
  • فرکانس معمول تولیدی ۵۰ یا ۶۰ هرتز است. در حالی که در بعضی خطوط راه‌آهن برقی از فرکانس ۱۶-۲/۳ Hz و در بعضی از صنایع و معادن از ۲۵ Hz استفاده می‌شود.
  • پیکره‌بندی فازها، که شامل تک فاز و چند فاز (شامل دو یا سه فاز) می‌شود.

مصرف کننده‌ها نیز باید دارای خصوصیات خاصی در شبکه باشند به طوریکه انحراف از این خصوصیات برای تولید کننده زیانبار است بنابراین برای انحراف از برخی از این خصوصیات جریمه در نظر گرفته شده:

  • حداکثر بار، که با توجه میزان حداکثر مصرف در دوره‌ای مشخص تعیین می‌شود.
  • ضریب بهره خط انتقال (نسبت بار نامی به حداکثر بار در یک دوره زمانی)، که نشان دهنده درجه بهروری از تجهیزات خط است(هرچه این ضریب به یک نزدیکتر باشد بهره‌وری تجهیزات خط بالاتر است).
  • ضریب توان بار اتصال یافته که نسبت توان اکتیو مصرف شده توسط بار به توان راکتیو آن است.
  • سیستم زمین کردن (Earthing) که می‌تواند TT، TN-S، TN-C-S یا TN-C باشد.
  • حداکثر جریان اتصال کوتاه
  • بیشترین میزان و فرکانس جریان لحظه‌ای



داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

انتقال انرژی الکتریکی

تاریخ:چهارشنبه 22 شهریور 1391-19:09

فرآیند جابجایی توان الکتریکی را انتقال انرژی الکتریکی گویند. این فرآیند معمولاً شامل انتقال انرژی الکتریکی از مولد یا تولید کننده به پستهای توزیع نزدیک شهرها یا مراکز تجمع صنایع است و از این پس یعنی تحویل انرژی الکتریکی به مصرف کننده‌ها در محدوده توزیع انرژی الکتریکی است. انتقال انرژی الکتریکی به ما اجازه میدهد تا به راحتی و بدون متحمل شدن هزینه حمل سوختها و همچنین جدای از آلودگی تولید شده از سوختن سوختها در نیروگاه، از انرژی الکتریکی استفاده کنیم. حال آنکه در بسیاری موارد موارد انتقال منابع انرژی مانند باد یا آب سدها غیر ممکن است و تنها راه ممکن انتقال انرژی الکتریکی است.

به علت زیاد بودن میزان توان مورد بحث، ترانسفورماتورها معمولاً در ولتاژهای بالایی کار میکنند(۱۱۰ کیلوولت یا بیشتر). انرژی الکتریکی معمولاً در فواصل طولانی به وسیله خطوط هوایی اتقال مییابد. از خطوط زیر زمینی فقط در مناطق پر جمعیت شهری استفاده میشود و این به دلیل هزینه بالای راهاندازی و نگهداری و همچنین تولید توان راکتیو اضافی در این گونه خطوط است.

امروزه خطوط انتقال ولتاژ، بیشتر شامل خطوطی با ولتاژ بلاتر از ۱۱۰ کیلوولت می‌شوند. ولتاژهای کمتر، نظیر ۳۳ یا ۶۶ کیلوولت به ندرت و برای تغذیه بارهای روشنایی در مسیرهای طولانی مورد استفاده قرار می‌گیرند. ولتاژهای کمتر از ۳۳ کیلوولت معمولاً برای توزیع انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. از ولتاژهای بیشتر از ۲۳۰ کیلوولت با نام "ولتاژهای بسیار بالاً (extra high voltage) یاد می‌شود چراکه بیشتر تجهیزات مورد نیاز در این ولتاژها با تجهیزات ولتاژ پایین کاملاً متفاوتند.

یک خط انتقال در ایران

تاریخچه

سال‌ها پیش یعنی در سال‌های آغازین استفاده از انرژی الکتریکی، انتقال توان با همان ولتاژمصرف کننده‌ها انجام می‌گرفت و این به دلیل استفاده از توان الکتریکی به صورت DC بود، چراکه در آن زمان هیچ راهی برای افزایش ولتاژ DC وجود نداشت و از آنجا که انواع مختلف مصرف کنندهها مثل لامپها یا موتورها نیازمند ولتاژهای مختلفی بودند برای هر یک باید از ژنراتوری جداگانه استفاده میشد که این خود امکان استفاده از یک شبکه بزرگ برای تغذیه کلیه مصرف کننده‌ها را از بین می‌برد.

در جلسه گروه AIEE در ۱۶ می‌۱۸۸۸ نیکولا تسلا مقالهای را با نام «سیستم جدید موتورها و ترانسفورماتورهای متناوب» ارایه کرد و به بیان مزایای استفاده از این سیستم پرداخت. مدتی بعد شرکت «وستینگ هوس» پیشنهاد ساخت اولین سیستم جریان متناوب را داد.

با استفاده از ترانسفورماتور امکان اتصال مولدها به خطوط انتقال ولتاژ بالا و همچنین امکان اتصال خطوط ولتاژ بالا به شبکههای محلی توزیع فراهم شد. با انتخاب فرکانسی مناسب امکان تغذیه انواع بارها از جمله روشناییها و موتورها ایجاد میشد. مبدل‌های گردان و بعدها لامپهای قوس جیوه و دیگر یکسو کنندههای جریان امکان اتصال مصرف کنندههای DC را با استفاده از یک نوع یکسو ساز به شبکه مهیا می‌ساختند. حتی مصرف کنندههای با فرکانسهای متفاوت هم میتوانستند با استفاده از مبدل‌های گردان به شبکه متصل شوند. با استفاده از نیروگاههای متمرکز برای تولید برق همچنین امکان صرفهجویی به وسیله تولید انبوه فراهم شد و ضریب بار در هر نیروگاه امکان تولید با راندمان بالاتر را نیز ایجاد کرد به طوریکه امکان استفاده از برق با قیمت کمتری برای مصرف کنندهها فراهم شد. بدین ترتیب امکان به وجود آمدن یک شبکه بزرگ برای تغذیه انواع مختلفی از مصرف کننده‌ها پدید آمد.

با استفاده از نیروگاههای چند برابر بزرگ‌تر که به منطقه بزرگی اتصال داده شده بودند، قیمت تمام شده تولید برق کاهش یافت و امکان استفاده از نیروگاههای با راندمان بالاتر فراهم شد که میتوانستند بارهای مختلف را تغذیه کنند. همچنین بدین ترتیب ثبات تولید برق افزایش پیدا کرد و هزینه سرمایه گذاری در این بخش کاهش یافت و در نهایت امکان استفاده از منابع انرژی دور افتاده مثل نیروگاههای هیدروالکتریک و یا زغال سنگ معادن دور دست، بدون نیاز به پرداخت هزینه حمل و نقل سوختها فراهم شد.

در خطوط انتقال ابتدایی از مقره‌های «pin-and-sleeve» استفاده می‌شد. این مقره‌ها شبیه مقره‌هایی هستند که امروزه برای خطوط تلفن هوایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. استفاده از این مقره‌ها دارای محدودیت بود چراکه تا ولتاژ ۴۰ کیلوولت قابل استفاده بودند. در سال ۱۹۰۷ ابداع مقره‌های بشقابی به وسیله هارولد باک (Harold W. Buck) از شرکت «Niagara Falls Power» امکان استفاده از مقره‌ها در ولتاژهای بالاتر را هم فراهم آورد به طوری که اولین خط انتقال برای مقادیر بالای انرژی الکتریکی در ایالات متحده بین نیروگاه هیدروالکتریک آبشار نیاگارا و «بافالو» در نیویورک به وجود آمد. هم اکنون تندیس نیکولا تسلا برای قدردانی از همکاری او در راه انتقال انرژی الکتریکی در کنار آبشار نیاگارا قرار دارد.

در طول قرن بیستم ولتاژ انتقال رفته رفته افزایش یافت. در سال ۱۹۱۴ پنجاه پنج خط انتقال با ولتاژ بیش از ۷۰ کیلوولت درحال استفاده بودند که در این میان بیشترین ولتاژ انتقال ۱۵۰ کیلوولت بود. اولین خط انتقال سه فاز نیز با ولتاژ ۱۱۰ کیلو در آلمان بین لاچهامر و ریزا در سال ۱۹۱۲ راه‌اندازی شد. در هفدهم آوریل ۱۹۲۹ اولین خط انتقال ۲۲۰ کیلوولت در آلمان به بهره‌برداری رسید که در مسیرش از نزدیکی چهار شهر عبور می‌کرد. در این خط دکل‌ها برای افزایش ولتاژ احتمالی تا ۳۸۰ کیلو ولت ساخته شده بودند. اولین خط انتقال ۳۸۰ کیلوولت در سال ۱۹۵۷ ساخته شد، ده سال بعد یعنی در سال ۱۹۶۷ اولین خط انتقال با ولتاژ بسیار بالای ۷۳۵ کیلوولت ساخته شد. در نهایت در سال ۱۹۸۲ در اتحاد جماهیر شوروی خط انتقالی با ولتاژ ۱۲۰۰ کیلوولت ساخته شد؛ این ولتاژ بیشترین ولتاژ مورد استفاده قرار گرفته در خطوط انتقال در جهان است. علت استفاده از چنین ولتاژ در شوروی پهناور بودن این کشور نسبت به تراکم شهرها بود.

شتاب بالای صنعتی شدن در قرن بیستم به سرعت انرژی الکتریکی را به یکی از زیر بناهای مهم اقتصادی در کشورهای صنعتی بدل کرد. بدین گونه ژنراتورهای محلی و شبکه‌های کوچک توزیع به سرعت جای خود را به شبکه‌های بزرگ تولید و انتقال انرژی دادند. با آغاز جنگ جهانی اول به شتاب این تغییرات افزوده شده و دولت‌ها به سرعت شروع به ساخت نیروگاه‌های بزرگ برای تولید انرژی الکتریکی مورد نیاز در کارخانه‌های اسلحه سازی کردند. بعدها از این نیروگاه‌ها برای تغذیه مصرف کننده‌های شهری استفاده شد.

یک دکل برق برای انتقال برق AC به صورت تک فاز (110kv 16.67Hz) در آلمان

انتقال انرژی در مقیاس‌های کلان

مهندسین طراح خطوط انتقال در محاسبات مربوط به طراحی این خطوط، میزان توان انتقال یافته را تا جای ممکن افزایش می‌دهند، البته ملاحظات و محدودیت‌هایی نیز مانند ایمنی شبکه، امکان گسترش شبکه، محدودیت‌های مربوط به مسیر و... در طراحی شبکه‌ها مدنظر قرار داده می‌شود.

راندمان خطوط انتقال با افزایش ولتاژ افزایش می‌یابد، چراکه این کار باعث کاهش یافتن جریان می‌شود. در انتقال توان با مقیاس زیاد راندمان دارای اهمیت بسیار بالایی است و تلفات بیشتر از استاندارد می‌تواند خسارت زیادی به یک شبکه وارد کرده و یا حتی اسفاده از آن را غیر اقتصادی کند و این اهمیت محاسبات و استانداردهای مربوط به تلفات را افزایش می‌دهد. بنابر این تلفات خطوط انتقال از پارامترهای اصلی محاسبات شبکه هستند.

به طور کلی شبکه انرژی الکتریکی از نیروگاه یا تولیدکننده، مدار یا شبکه انتقال و پست‌های تغییر ولتاژ تشکیل شده‌است. انرژی معمولاً در طول خطوط انتقال به صورت سه فاز AC جابه‌جا می‌شود. استفاده از جریان DC برای انتقال نیازمند تجهیزات پرهزینه برای تبدیل نوع جریان است. البته استفاده از این تجهیزات برای بعضی طرح‌های بزرگ قابل توجیه‌است. استفاده از انرژی الکتریکی به صورت تک فاز AC تنها در توزیع به مصرف کننده‌های خانگی و اداری کاربرد دارد چراکه در صنایع به دلیل استفاده از موتورهای سه فاز استفاده از انرژی الکتریکی به صورت سه فاز به‌صرفه‌تر است. البته استفاده از سیستم‌های با بیشتر از سه فاز نیز برای برخی کاربردهای خاص رایج است.

توان ورودی شبکه

 

در نیروگاه‌ها توان الکتریکی با ولتاژ نسبتاً کمی (در نهایت ۳۰ کیلوولت) تولید می‌شود و سپس به وسیله ترانسفورماتورهای پست قدرت با توجه به طول مسیر و دیگر ملاحظات شبکه تا ولتاژی بین ۱۱۵ تا ۷۶۵ کیلوولت (در ایران این ولتاژ معمولاً ۴۰۰ کیلو ولت است) افزایش می‌یابد تا امکان انتقال آن در طول مسیرهای طولانی فراهم شود.

خروجی شبکه انتقال

 

با نزدیک شدن خطوط انتقال به شهرها و مراکز تجمع جمعیت برای ایجاد ایمنی، ولتاژ در چند مرحله کاهش می‌یابد. مراحل کاهش یافتن ولتاژ در شبکه‌های استاندارد ایران به ترتیب از kV۲۳۰/۴۰۰، kV۱۳۲/۲۳۰، kV۶۳/۱۳۲ و kV۲۰/۶۳ است. در مرحله نهایی یا مرحله توزیع ترانسفورماتورهای توزیع ولتاژ را از kV۲۰ به برق مصرفی یا ۲۳۱/۴۰۰ ولت کاهش می‌دهند. در دیگر کشورها نیز ولتاژ مصرف‌کننده‌ها بین ۱۰۰ تا ۶۰۰ ولت است.

محدودیت‌ها

مقدار توان قابل انتقال در یک خط انتقال یک مقدار محدود است و این محدودیت به ویژه با توجه به طول خط انتقال تغییر می‌کند. برای یک خط انتقال کوتاه حرارت تولید شده بر اثر عبور جریان محدودیتی را ایجاد می‌کند چراکه هرچه حرارت سیم‌ها بیشتر شود بیشتر خم می‌شوند و بیشتر به زمین نزدیک می‌شوند که این نزدیکی به زمین در نهایت می‌تواند خطر آفرین شود همچنین ممکن است هادی‌ها بر اثر عبور جریان بالا ذوب شوند.

برای خطوط انتقال با طول متوسط (حدود ۱۰۰ کیلومتر) محدودیت بیشتر دررابطه با میزان افت ولتاژ در طول خط است و در خطوط انتقال طولانی مهمترین مسئله حفظ ثبات در شبکه‌است. زاویه بین فازها در یک سیستم سه فاز مقدیری ثابت است که تغییر بیش از حد آن در قسمتی از شبکه می‌تواند به بی‌ثباتی در کل شبکه الکتریکی بیانجامد و در طول خطوط انتقال بسیار طولانی اختلاف فاز با توجه به توان و تولید شبکه تغییر می‌کند و این نکته موجب محدودیت در میزان جریان قابل انتقال در یک خط طولانی انتقال خواهد شد. برای بهبود ضریب توان در طول خطوط انتقال از تجهیزات اصلاح ضریب توان مانند خازن‌ها استفاده می‌شود. در خطوط انتقال HVDC محدودیتی در رابطه با ضریب توان خط وجود ندارد و تنها محدودیت مربوط به افت ولتاژ و تلفات ژولی خط می‌شود.


اچ‌وی‌دی‌سی

 

انتقال با جریان مستقیم یا اچ‌وی‌دی‌سی برای انتقال انرژی الکتریکی در مقیاس‌های بسیار بزرگ و در طول مسیرهای طولانی یا برای اتصال دو شبکه ناهماهنگ AC مورد استفاده قرار می‌گیرد. زمانی که انتقال انرژی الکتریکی باید در مسیرهای طولانی صورت گیرد، انتقال به صورت DC به علت کمتر بودن تلفات اقتصادی‌تر است. در این حالت کاهش تلفات و هزینه‌های مربوط به آن می‌تواند هزینه تبدیل انرژی الکتریکی از AC به DC را جبران کند.

از دیگر مزایای استفاده از با ثبات کردن دو شبکه اتصال AC متفاوت است. در صورتی که دو شبکه AC متفاوت برای مثال متعلق به دو کشور متفاوت به هم اتصال پیدا می‌کنند به علت ناهماهنگی شبکه‌ها ممکن است این اتصال با مشکلاتی نظیر ایجاد بی ثباتی در شبکه همراه باشد اما با استفاده از سیستم اچ‌وی‌دی‌سی این مشکل بر طرف خواهد شد، بدین ترتیب که در کشور فروشنده انرژی، انرژی الکتریکی به صورت DC درآمده و پس از طی مسیر انتقال در کشور مصرف کننده دوباره به صورت AC بازمی‌گردد.

خط انتقال هوایی

خط انتقال هوایی نوعی از خط انتقال است که در آن از دکل‌ها و تیرها برای نگه داشتن کابل‌ها بالای سطح زمین استفاده می‌شود. از انجایی که در این گونه خطوط از هوا به عنوان عایق کابل‌ها استفاده می‌شود این روش انتقال یکی از کم هزینه‌ترین و رایج‌ترین روش‌های انتقال است. دکل‌ها و تیرهایی که برای نگهداشتن کابل‌ها استفاده می‌شود می‌توانند از جنس چوب، فولاد، بتون، آلمینیوم و در برخی موارد پلاستیک مسلح باشند. به طور کلی کابل‌ها مورد استفاده در خطوط هوایی از جنس آلمینیوم هستند (که البته با نواری از فولاد در داخل مسلح شده‌اند). از کابل‌های مسی در برخی خطوط انتقال ولتاژ متوسط و ولتاژ پایین و محل اتصال به مصرف‌کننده استفاده می‌شود.

 




داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

آشنایی با فرایند کراکینگ کاتالیزوری

تاریخ:سه شنبه 14 شهریور 1391-13:35

مقدمه


کراکینگ کاتالیزوری بستر سیال از مهمترین فرایندهای پالایشی است که برای تبدیل برشهای سنگین به مواد سبکتر و با ارزش تر به ویژه بنزین به کار می رود. خوراک این واحد معمولاً گازوئیل تقطیر اولیه می باشد ولی می توان گازوئیل های تولید شده در سایر واحدها را نیز به عنوان خوراک بکار برد. فرآورده های این واحد نیز به ترتیب عبارتند از : گازهای سبک سیر شده و سیر نشده، بنزین ، گازوئیل سبک و سنگین و کک که بر روی کاتالیزورها می نشیند. در صنعت بیشتر از کاتالیزورهای سیسلس آلومین بلورین و یا آمورف استفاده می گردد. واحد کراکینگ کاتالیزوری بستر سیال به دو شکل پهلو به پهلو و یا سیستم دودکشی ساخته شده که نوع اول آن رایج تر می باشد
آشنایی با این فرایند

تاکنون مقالات زیادی پیرامون مدل سازی و کنترل فرایند FCC ارائه شده است که همگی دارای پیچیدگی های زیادی هستند. این پیچیدگی ها متاثر از شرایط خاص حاکم بر این فرایند بوده که البته دیدگاه ها و فرضیات بکار گرفته شده نیز در افزایش یا کاهش این پیچیدگی ها بی تاثیر نمی باشد. همچنین اکثر مطالعات انجام گرفته بر روی فرایند FCC بر پایه تجربی و نیمه تجربی استوار بوده و مدل بدست آمده در هر بررسی تنها در محدوده خاصی از عملیات جوابگو بوده و تغییر شرایط عملیاتی صحت مدل را زیر سوال می برد. اما برخی دیگر از این مدل ها همچون مدل Rohani و همکارانش مناسب به نظر می رسند[2]. بطور کلی می توان گفت در اغلب مقالات ارائه شده بزرگترین اختلاف در مدل سازی بستر متراکم موجود در Regenerator مشاهده می شود. در اکثر این مدل ها حتی اثر فضای خالی موجود در بالای بستر متراکم نادیده گرفته شده است.Errazu در سال1979در این ارتباط مطالعات زیادی بر روی هیدرودینامیک Regenerator و واکنش های انجام داد. در سال 1990 نیز levenspiel و ***ii فرایند انجام گرفته در Regenerator را به صورت دوفازی در نظر گرفتند و جزئیات بیشتری را پیرامون کنترل این فرایند ارائه کردند
شرح فرایند
در حالت کلی خوراک پیش گرم شده از واحد تقطیر اتمسفریک تامین شده و با جریان برگشتی حاصل از پسماند برج تفکیک، ترکیب می گردد. این مخلوط در تماس با کاتالیست داغ تبخیر شده و در انتهای قسمت Riser راکتور تزریق می شود و آنگاه واکنش کراکینگ کاتالیستی در فضای اندک Riser رخ می دهد. تحت شرایط عملیاتی عادی، نسبت کاتالیست به نفت (COR) بین 4 تا 9 متغیر است. واکنش انجام گرفته نیز گرماگیر بوده و گرمای لازم را از کاتالیست های داغ تامین می کند. با توجه به فرضیات مدل Rohani می توان سرعت لغزشی میان فاز جامد و فاز بخار در Riser را برابر 2.0 در نظر گرفت. همچنین به علت پایین بودن زمان اقامت گاز در Riser (حدود 4-2 ثانیه) در مقایسه با زمان اقامت در Regenerator که در حدود 30 ثانیه است، رفتار در ناحیه Riser را می توان شبه پایا در نظر گرفت[2،3]. در حین انجام واکنش کراکینگ کاتالیستی، کک در اطراف کاتالیست ها جمع شده و فرایند را متوقف می سازد. بعد از خروج از Riser بخار حاصل در شکل سیلکونی راکتور از کاتالیست جدا می گردد و این بخار به مرحله تفکیک هدایت می شود تا فراورده های مختلف موجود در آن از یکدیگر جدا شوند. کاتالیست مصرفی نیز از پایین راکتور تخلیه شده و وارد ناحیه Stripping می گردد تا بکمک بخار آب بطور مناسبی از فاز بخار باقیمانده در آنها پاک گردند. ارتفاع کاتالیست جمع شده در درون راکتور یکی از پارامترهای مهم این فرایند بوده که هد فشاری جهت برقراری جریان کاتالیست از راکتور به Regenerator را فراهم می آورد و این جریان بکمک شیری از نوع SlidValve کنترل می شود که در واقع ارتفاع مذکور را کنترل می کند. واکنش های ناچیزی هم در درون راکتور انجام می شود. لازم به ذکر است که تخلخل بستر کاتالیستی درون راکتور در حدود 0.4 می باشد[2].
در درون Regenerator نیز کک تشکیل شده روی کاتالیست ها بکمک هوای اضافی سوزانده می شود و از این طریق کاتالیست مجدداً فعال شده و گرمایی رانیز که در این مرحله جذب می کند، برای انجام واکنش کراکینگ در راکتور بکار می گیرد. هوای اضافی وارد شده به سیستم نیز هم برای تامین هوای اضافی فرایند احتراق و هم برای حفظ سیالیت بستر کاتالیستی مورد استفاده قرار می گیرد. کاتالیست های بازیابی شده هم دوباره وارد Riser شده و شیری که در سر راه آن تعبیه شده، با کنترل شدت عبور، گرمای ورودی به سیستم را کنترل می کند که نقش اساسی را در شکل گیری نوع محصولات خواهد داشت. در مدلسازی بخش Regenerator آنرا یک بستر سیال دو فازی در نظر می گیریم. این مدل دارای دو قسمت فاز حباب و فاز امولسیونی می باشد و انتقال جرم و حرارت بین این دو فاز بصورت مداوم صورت می گیرد. بطوریکه اکسیژن از فاز حباب به فاز امولسیونی منتقل شده در حالی که CO2 و CO و گرما در جهت مخالف انتقال می یابند
تفاوت اساسی دیگری که در نوع مدلسازی مقالات ارائه شده مشاهده می گردد، تفاوت در نوع ارتباط میان مواد شرکت کننده در واکنش کراکینگ است. این تفاوت در همان ابتدای مدلسازی به وجود آمده و بر ادامه عملیات موثر می باشد. اولین و ساده ترین حالت توسط Weekman و همکارانش در سال 1970 ارائه شد که ارتباطی سه گره ای را میان مواد واکنشگر در نظر گرفته بود. البته این افراد مدل خود را تا سال 1976 گشترش داده و مدلی 10 گره ای را پیشنهاد دادند. Pitault نیز در سال 1994 مدلی 18 گره ای ارائه داد. مدل مناسبی که Rohani و همکارانش ارائه کردند نیز حالت 4 گره ای داشت. در این مدل برای واکنش های قسمت Riser مدلی چهارگره ای فرض شده و برای Regenerator نیز مدل ارائه شده توسط levenspiel و ***ii را مناسب فرض کرده اند. تا جایی که مدل نهایی کمترین بیان تجربی را داشته و به وضوح خصوصیات دینامیکی واحد FCC را بیان می کند
زئولیت ها و مولکولارسیوها-آلومینوسیلیکات های طبیعی و سیلیس آلومین های آمورف سنتزی و عنوان شده که زئولیت ها به علت فعالیت بیشتر بر بازده و کیفیت بنزین تولیدی از فرآیند تاثیر مثبت دارد.



داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

نامگذاری سیکلو آلکان ها

تاریخ:سه شنبه 14 شهریور 1391-13:30

نامگذاری سیکلو آلکان ها

ترکیبات سیر شده حلقوی هستند که در آن تمام کربنها دارای پیوند های یگانه هستند و بصورت حلقوی به هم متصل هستند.

هیبریداسیون اتمهای کربن در سیکلو آلکانها sp3 می باشد و تمام پیوندهای موجود در این تركیبات از نوع سیگما است.

فرمول عمومی سیكلو آلكان ها CnH2n بوده و كاملاً مشخص است كه مقدار n باید بیشتر از ۳ باشد تا یك حلقه ایجاد گردد.

همچنین سیکلو آکانها دارای شکلهای فضایی منحصر بفردی هستند.







- نامگذاری:


برای نامگذاری سیکلو آلکانها حلقه را مانند زنجیر اصلی در آلکان ها نامگذاری می کنیم با این تفاوت که برای این ترکیبات همیشه

از پیشوند " سیکلو " استفاده می کنیم. به الگوی زیر توجه نمایید:


" سیکلو + تعداد کربن حلقه با لفظ یونانی + ان"



نامگذاری سیکلوآلکانهای شاخه دار:

چنانچه فقط یک حلقه جانبی برروی حلقه وجود داشته باشد، قبل از ذكر نام سیكلو آلكان، نام شاخه را ذكر می كنیم.



مثال:

اتیل سیکلو هگزان


چنانچه بیشتر از یك شاخه بر روی حلقه اصلی موجود باشد، حلقه را طوری شماره گذاری می نماییم كه مجموع اعداد كمترین باشد

و شماره كربن محل شاخه را قبل از نام شاخه ذكر می كنیم.



اگر تعداد كربن های شاخه بیشتر از تعداد كربنهای حلقه باشد، در این صورت حلقه را به عنوان شاخه در نظر می گیریم.



مثال:






سایر قواعد نامگذاری مانند نامگذاری آلكان ها می باشد.




داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

آنتالپی( اندر تافت)

تاریخ:پنجشنبه 2 شهریور 1391-15:09

آنتالپی( اندر تافت)مقدار گرمای سیستم در فشار ثابت است. واحد اندازه گیری آنتالپی در سامانه استاندارد بین‌المللی یکاها ژول (J) نام دارد. آنتالپی به وسیله فرمول زیر محاسبه می شود:

  H نمایانگر آنتالپی سیستم (در واحد ژول), U نمایانگر انرژی درونی سامانه (در واحد ژول), p نمایانگر میزان فشار در مرز سامانه (در واحد پاسکال) و V نمایانگر حجم سامانه (در واحد مترمکعب) می باشد. آنتالپی یک تابع حالت است به این معنی که مقدار آن تنها به حالت های آغازی و پایانی فرایند بستگی دارد و مسیر انجام واکنش در مقدار آن تغییری ایجاد نمی کند.

تغییرات آنتالپی

تغییر آنتالپی یا ΔH عبارت است از میزان گرمایی که در تبدیل واکنش دهنده(ها) به فراورده(ها) در یک واکنش شیمیایی مبادله می شود معمولا تغییرات آنتالپی واکنش‌ها را در دستگاه‌های آنالیز مورد سنجش قرار می‌دهند. در این نوع واکنش ها تغییر حجم برابر صفر نیست و تغییر آنتالپی معمولا منفی بدست می آید.

تغییرات آنتالپی در واکنش‌های گرماگیر

در واکنش گرماگیر این تغییرات مثبت است یعنی آنتالپی سیستم در صورتی که واکنش گرماگیر باشد افزایش خواهد یافت.در این واکنش ها بدلیل مثبت بودن آنتالپی امکان منفی بودن آنتروپی وجود ندارد.

تغییرات آنتالپی در واکنش‌های گرماده

تغییرات آنتالپی واکنش گرمازا منفی است یعنی آنتالپی سیستم هایی که در آنها واکنش گرمازا انجام می‌شوند کاهش می‌یابد.

آنتالپی و انرژی درونی

آنتالپی با انرژی درونی مرتبط است. مقدار کار مربوط به تغییر حجم نمونه ناشی از فشار سیستم تفاوت این دو را موجب می‌شود.

روش اندازه‌گیری تغییرات آنتالپی

تغییرات آنتالپی را در روش غیرمستقیم با استفاده از روش کالریمتری سنجشی مقیاسی تعیین می‌کنند و از مشتق آن مقدار ظرفیت حرارتی ویژه نمونه را به دست می‌آورند. در روش مستقیم از نوعی کالری متر تحت عنوان گرماسنج لیوانی استفاده می شود که تنها برای اندازه گیری گرمای واکنش ها در فشار ثابت استفاده می شود.

آنتالپی های مهم در شیمی

•آنتالپی واکنش, تغییر آنتالپی برای واکنش یک مول ماده بصورت کامل را نشان می دهد.

•آنتالپی سوختن, تغییر آنتالپی هنگام سوختن یک مول ماده در میزان کافی از گاز اکسیژن(واکنش یک مول ماده با اکسیژن)را نشان می دهد.

•آنتالپی استاندارد تشکیل, تغییر آنتالپی واکنش تشکیل یک مول ماده از عنصرهای سازنده اش در حالت استاندارد را نشان می دهد.

•آنتالپی خنثی سازی, تغییر آنتالپی هنگام تشکیل یک مول آب از واکنش ماده اسیدی و ماده پایه را نشان می دهد.

•آنتالپی متوسط پیوند, تغییر آنتالپی هنگام شکسته شدن یک مول پیوند را نشان می دهد.

•آنتالپی استاندارد ذوب, تغییر آنتالپی هنگام تبدیل شدن یک مول ماده جامد به همان ماده در حالت مایع در دمای ذوب را نشان می دهد.




داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

آند و کاتد

تاریخ:سه شنبه 3 مرداد 1391-13:43

مقدمه

پیلی که به عنوان منبع انرژی الکتریکی بکار می‌رود، یک پیل ولتایی یا یک گالوانی نامیده می‌شود که از نام آلساندو ولتا و لوئیجی گالوانی ، نخستین کسانی که تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی را مورد آزمایش قرار دادند، گرفته شده است. در این پیل ، نیم پیلی که در آن واکنش اکسیداسیون صورت می‌گیرد، نیم پیل آند و نیم پیلی که در آن واکنش کاهش یا احیا صورت می‌گیرد، نیم پیل کاتد نامیده می‌شود. در ترسیم یک پیل گالوانی ، نیم پیل آند در سمت چپ و نیم پیل کاتد در سمت راست نمایش داده می‌شود.



تصویر




پیل دانیل

در یک دانیل ، نیم پیل سمت چپ شامل الکترودی از فلز روی و محلول ZnSO4 و نیم پیل سمت راست شامل الکترودی از فلز مس در یک محلول CuSO4 است. این دو نیم پیل توسط یک دیواره متخلخل از هم جدا شده‌اند. این دیواره از اختلاط مکانیکی محلولها ممانعت می‌کند، ولی یونها تحت تأثیر جریان الکتریکی از آن عبور می‌کنند. واکنش نیم پیل آند به صورت Zn(s) → Zn2 + (aq)+ 2e و واکنش نیم پیل کاتد به صورت (2e + 2 + Cu(aq) → Cu(s است.

آند

هرگاه الکترودهای روی و مس با یک سیم به هم متصل شوند، الکترونها از الکترود روی به طرف الکترود مس جاری می‌شوند. در الکترود روی ، فلز روی اکسید می‌شود و به صورت یونهای روی در می‌آید. این الکترود ، آند پیل است و الکترونهایی که محصول اکسیداسیون هستند، از این قطب ، پیل را ترک می‌کنند.

کاتد

الکترونهای ایجاد شده در آند ، از مدار خارجی گذشته به الکترود مس می‌رسند و در آنجا یونهای مس II را کاسته و آنها را به مس فلزی تبدیل می‌سازند. مسی که بدین ترتیب تولید می‌شود، بر روی الکترود سمت راست می‌نشیند. الکترود مس ، کاتد پیل است که در آنجا الکترونها وارد پیل (یا سلول) می‌شوند و کاهش یا احیا صورت می‌گیرد.

علامت آند و کاتد

چون الکترونها در الکترود روی تولید می‌شوند، این آند به عنوان قطب منفی در نظر گرفته می‌شود. الکترونها در مدار خارجی هر پیل ولتایی که در حال کارکردن است، از قطب منفی به طرف قطب مثبت سیر می‌کنند. بنابراین کاتد که در آنجا الکترونها در واکنش الکترودی مصرف می‌شوند، قطب مثبت است.

جهت حرکت آنیونها و کاتیونها

در نخستین نظر ، شگفت آور به نظر می‌رسد که آنیونها یعنی یونهایی که بار منفی دارند، باید به طرف آند که الکترود منفی است، سیر کنند و بر عکس کاتیونها که حامل بار مثبت هستند به طرف کاتد که قطب مثبت است، بروند (باید توجه داشت که در داخل پیل حرکت یونها مدار الکتریکی را کامل می‌کنند). اما بررسی دقیق واکنشهای الکترودی پاسخ این مساله ظاهرا غیر عادی را بدست می‌دهد. در آند ، یونهای روی تولید می‌شوند و الکترونها در فلز ، به جای می‌مانند. از طرف دیگر ، خنثی بودن الکتریکی محلول همواره باید حفظ شود.

بنابراین در محلول پیرامون الکترود باید به همان قدر بار منفی از آنیونها وجود داشته باشد که بار مثبت از کاتیونها وجود دارد. از این رو یونهای SO-24 به طرف آند می‌روند تا اثر یونهای Zn2+ را که تولید می‌شوند خنثی کنند. در همان زمان ، یونهای روی از آند دور می‌شوند و به طرف کاتد می‌روند. در کاتد الکترونها صرف کاهش یونهای 2+Cu و تبدیل آنها به فلز مس می‌شوند. در حالی که یونهای 2+Cu بار خود را تخلیه می‌کنند، یونهای 2+Cu بیشتری به محوطه پیرامون کاتد می‌آیند تا جای یونهای خارج شده را بگیرند. اگر چنین نشود ، یونهای SO2-4 اضافی در اطراف کاتد ایجاد می‌شوند.



تصویر




نقش دیواره متخلخل

دیواره متخلخل را به این منظور اضافه می‌کنند که از اختلاط مکانیکی محلول نیم پیلها ممانعت به عمل آورد. بدیهی است که اگر یونهای 2+Cu با الکترود فلز روی تماس پیدا کنند، الکترونها به جای آن که از مدار خارجی بگذرند، مستقیما به یونهای 2+Cu منتقل خواهند شد. وقتی که سلول بطور عادی کار می‌کند، انتقال از این مدار کوتاه صورت نمی‌گیرد. زیرا یونهای 2+Cu در جهتی حرکت می‌کنند که از الکترود روی دور شوند.

پتانسیل احیا و نقش آن در تعیین آند و کاتد

در مقایسه پتانسیل احیا دو عنصر ، عنصری که پتانسیل احیای بالاتری دارد، به عنوان کاتد و عنصری که پتانسیل احیای پایین تری دارد، به عنوان آند پیل در نظر گرفته می‌شود. در پیل دانیل نیز ، چون روی پتانسیل احیای پایین تری در مقایسه با فلز مس دارد، به عنوان آند و مس به عنوان کاتد و عنصر احیا شونده بکار رفته است.

چگونگی نمایش آند و کاتد در یک پیل

اگر در پیل دانیل ، محلولهای 1M از ZnSO4 و 1M از CuSO4 بکار رفته باشد، آن پیل را با نمادگذاری زیر نشان می‌دهیم:


(Zn(s)Zn2 + (1M)Cu2 + (1M)Cu(s

که در آن ، خطوط کوتاه عمودی ، حدود فازها را نشان می‌دهند. بنابر قرار داد ، ماده تشکیل دهنده آند را اول و ماده تشکیل دهنده کاتد را در آخر می‌نویسیم و مواد دیگر را به ترتیبی که از طرف آند با آنها برخورد می‌کینم، میان آنها قرار می‌دهیم.




داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

آیا موجودات فضایی وجود دارند؟

تاریخ:سه شنبه 3 مرداد 1391-13:21

بله. کافی است تا نگاهی دقیق تر به اطراف خود بیاندازید. آنها را خواهید دید. شما یکی از آنها هستید... بالغ بر میلیون ها گونه مختلف جانوری و ارگانیسم زنده بر روی زمین وجود دارد. اینها موجوداتی هستند بر سیاره کوچکی به نام زمین، و در گوشه ای از کیهان. اینها همان موجودات فضایی هستند. پس اگر به دنبال بیگانگان فضایی خارج از زمین می گردید شاید بهتر باشد تا سوال اول را به گونه بهتری بیان نماییم." آیا حیات در خارج از زمین وجود دارد؟" با اینکه هنوز مدارک عینی اثبات این موضوع وجود ندارد اما جواب این سوال هم آنقدرها سخت نیست: " اینطور به نظر می رسد".

استفن هاوکینگ، دانشمند بسیار پرآوازه ومشهور فیزیک نجومی در سال 2010 به طور رسمی اعلام نمود که موجودات فضایی به طور حتم وجود دارند. او به سخنانش در این حد بسنده نکرد وهمچنین اخطار داد که ارتباط با آنها می تواند ایده بسیار بدی باشد. اما چطور ممکن است؟ از کجا می دانیم که موجودات فضایی ممکن است وجود داشته باشند و بر چه اساسی ارتباط با آنها خطرناک است؟

هاوکینگ در برنامه ای که از کانال دیسکاوری پخش گردید، اعلام کرد که وجود زندگی هوشمند فرازمینی کاملاً منطقی و ممکن است. این خبر در بسیاری از رسانه های معتبر جهان انتشار یافت به طوری که واکنش های گسترده ای نیز در بر داشت. هاوکینگ هشدار داد که در صورت شناسایی زمین توسط موجودات فضایی، این امکان وجود دارد که آنها در جهت استفاده از منابع و اقامت در زمین، ما را مورد حمله قرار دهند. همچنین در ادمه بیان می کند که چالش اصلی ما این است که دریابیم این بیگانگان فرازمینی چگونه خواهند بود.

(تصویر گرافیکی و تخیلی از شکل دیگری از حیات در خارج از زمین)

در واقع بخش عمده استدلال هاوکینگ و فرضیه وجود موجودات فضایی بر پایه محاسبات ریاضی می باشد. تاکنون هیچ مدرکی دال بر وجود "زندگی" در هر سیاره دیگری به غیر از زمین یافت نشده است. اما با این حال ، این امر امکان وجود حیات فرازمینی بر سایر سیارات ناشناخته را از بین نمی برد. در واقع اثبات عدم وجود موجودات فضایی غیرممکن است. بنابراین در ادامه این مقاله با علل، دیدگاه ها و جنبه های مرتبط با وجود حیات در سایر سیارات آشنا خواهید شد. هم اکنون و بر اساس یافته های فعلی، شاید تنها پاسخ به واقع درست برای این سوال همان گزینه " بله ، به نظر می رسد که وجود دارند " باشد.اما هنوز نمی دانیم و برای اثبات نهایی این فرضیات، نیاز است تا آنها را بیابیم، و یا منتظر باشیم تا با زمین ارتباط برقرار نمایند.

(انسان برای کشف بیگانگان فضایی بسیار کنجکاو است؟ اما آیا ممکن است در پایان، این کنجکاوی به نابودی زمین و مرگ ما بی انجامد؟ و اگر آنها وجود دارند، آیا جهان آماده رویارویی با آنها می باشد؟)

حیات فرازمینی:

(مطالبی که در ادامه می خوانید بر اساس دیدگاه ها و نظریات محققین و اخترشناسان مختلف در رابطه با احتمال وجود حیات فرازمینی می باشد. )

- اول آنکه، زمانی که می گوییم " موجودات فضایی" منظور آن دسته از تمدن های پیشرفته فضایی موجود در فیلم های علمی-تخیلی نیست. اگرچه احتمال وجود چنین تمدن هایی نیز وجود دارد، اما تاکنون هیچگونه مدرکی دال بر اثبات آن یافت نشده و فعلاً در محدوده فیلم های علمی-تخیلی باقی خواهند ماند. پس آنچه که مد نظر ما می باشد، به مبحث کلی "حیات خارج از زمین" اشاره دارد. بر همین اساس اینگونه به نظر می رسد که عدم وجود حیات فرازمینی غیر ممکن می باشد. مهم نیست اگر تاکنون با آن روبرو نشده ایم، احتمالات چنین بیان می کنند که این حیات وجود دارد. به این اعداد نگاهی بیاندازید و لحضه ای به آن بی اندیشید:

 

آیا یک هوش فرازمینی پیشرفته، برای تجاوز بر زمین از یک کرم چاله استفاده خواهد نمود. چه کسی می داند؟ (Discovery channel)

فقط در کهکشان راه شیری در حدود 300 میلیارد ستاره وجود دارد. (هر ستاره می تواند دارای صدها و هزاران جرم آسمانی، سیاره و قمر در منظومه خود باشد. به عنوان مثال کل منظومه شمسی ما و اجرام آن را فقط در محدوده یکی از این ستارگان/یعنی خورشید در نظر بگیرید) انتظار می رود که بخش وسیعی از این ستارگان دارای سیاراتی باشند که قادر به میزبانی حیات است. حال در نظر بگیرید که عدد گفته شده تنها در یک کهکشان بود. در حدود 100 تا 300 میلیارد کهکشان در کیهان شناخته شده، وجود دارد. هر کهکشان شامل میلیاردها و برخی شامل تریلیون ها ستاره است. به راستی چطور می توانید باور کنید که هیچ شانسی برای رویداد زندگی در هیچ یک از این ترلیون ها ترلیون سیاره که به دور این ستارگان در حال گردشند وجود ندارد؟ حتی اگر بر این باور باشید که خداوند حیات را مستقیماً بر زمین آفریده، باور آفرینش کیهانی با این اندازه تنها برای ما، تاحدی غیرمنطقی و متکبرانه به نظر می رسد.

- پاسخ مثبت است. چه از لحاظ علمی، و چه از لحاظ فلسفی، تنها با نگاهی به عظمت آفرینش،عدم وجود حیات فرازمینی امری غیرممکن به نظر می رسد. اگرچه "بیگانگان فضایی" که از زمان پس از جنگ جهانی دوم با عنوان UFOدر بین مردم شناخته می شوند، یک مبحث پیچیده جداگانه است.( اگر از علاقه مندان به این مبحث هستید میتوانید با مطالعه موضوعات پیرامون UFOها (اجسام پرنده ناشناخته) نوشته دکتر Jacques Valleeو دکتر Allen Hynekاطلاعات ارزشمندی در این رابطه بدست آورید.)

 

کهکشان قرمزی که در وسط این عکس دیده می شود، SXDF-NB1006-2نامیده شده و دوردست ترین کهکشانی است که تا به امروز شناسایی شده است.این کهکشان در فاصله 12.91 میلیارد سال نوری دورتر از زمین قرار دارد. بخش سمت چپ تصویر یه کلوزاپ از آن را نمایش می دهد. (این عکس توسط فضاپیمای XMM-newtonگرفته شده است. / کپی رایت تصویر : NAOJ)

- می دانیم که نور با سرعتی در حدود 300هزار کیلومتر بر ثانیه (دقیقاً 299 792 458 m / s) در کیهان در حال حرکت می باشند. حال با چند ضرب ساده به نتایج جالبی می رسیم. به این اعداد دقت کنید. نور در 1 دقیقه مسافتی معادل با 18 میلیون کیلومتر را می پیماید. در یک ساعت مسافتی در حدود 1 میلیارد و 80 میلیون کیلومتر را می پیماید. در یک روز مسافتی در حدود 25 تریلیون و 920 میلیارد کیلومتر را می پیماید. عدد بدست آمده را در 365 ضرب نمایید. این فاصله عجیب و غریب مسافتی است که نور در یک سال می پیماید! در واقع این همان "یک سال نوری" است.

اما نکته اینجاست. بر اساس آخرین یافته ها، خوشه کهکشانی در فاصله 12.91 میلیارد سال نوری دورتر از زمین شناسایی شده است. آیا می توانید وسعت کیهان را تصور کنید؟ یعنی اگر روزگاری انسان به تکنولوژی فوق پیشرفته ای دست یابد که بواسطه آن بتواند با سرعت نور (یعنی حد نهایی سرعت در کیهان) حرکت نماید، باز هم زمانی نزدیک به 13 میلیارد سال طول خواهد کشید تا به این کهکشان برسیم. آیا براستی فکر می کنید که در کیهانی با این عظمت، زمین تنها نقطه حیات است؟!

- امکان وجود موجودات فرازمینی وجود دارد. شمار بی نهایتی از سیارات، منظومه های خورشیدی و شاید کائنات وجود دارد که بایستی میزبان هوش فرازمینی باشد. اگرچه هنوز مدرکی دال بر وجود (و البته عدم وجود) آنها نداریم. همچنین من معتقدم ممکن است آنها دارای نوعی برتری به ما باشند. اگر آنها قادر به مسافرت میلیون ها سال نوری و پیدا کردن ما باشند، بدون شک بایستی از تکنولوژی برتری نسبت به ما برخوردار باشند. اما شاید بر اساس خودپسندی و نادانی انسان، بسیاری از ما چنین حیاتی را پست تر از خود بدانیم. فراموش نکنید، همانگونه که ما حیات فرازمینی را با عنوان "بیگانگان فضایی" می خوانیم، آنها نیز ما را اینگونه خواهند خواند. البته برخی انسان ها آنقدر هوشمند خواهند بود تا حیات فرازمینی را نیز به عنوان یک موجودیت طبیعی، متفکر و زنده بدانند. چه کسی می داند؟ ممکن است کاملاً شبیه به ما باشند. و یا شاید شبیه به همان موجودات ترسناکی که از داستان های علمی-تخیلی می شناسیم. هیچ کس هنوز چنین حقایقی را نمی داند، اما حداقل این احتمال بسیار بسیار قوی وجود دارد که اشکال دیگری از زندگی نیز در جهان هستی است.

(تا امروز. هیچ چیز (Ian O'Neill))

- استدلال معمول پیرامون عدم وجود موجودات فضایی از آنجا سرچشمه می گیرد که تاکنون هیچیک از آنها، آشکارا و به طور مستقیم، با ما بر روی زمین تماسی برقرار نکرده است. تمدن های پیشرفته فضایی شاید دلایل خوبی برای انجام این کار داشته باشند. و یا شاید همانطور که می تواند برای ما اتفاق بی افتد، به نقطه ای رسیده باشند که از اکشافات فضایی نا امید گشته اند. اگر اینگونه باشد، آنگاه که ستاره مادر منظومه آنها درچرخه تکاملی خود به سوی مرگ می رود (زنجیره اصلی اکثر ستارگان) منجر به نابودی و توقف حیات آنها خواهد شد. در چنین شرایطی، بسته به جرم اولیه سیاره شان، آنها نیز به ستاره کوتوله سفید، ستاره غول قرمز و یا ابرنواختر تبدیل خواهند گشت.

- بدون توجه به اظهارات شاهدان عینی UFOها، هیچی مدرک مسلم و قطعی که زمین توسط بیگانگان هوشمند فرازمینی ملاقات گشته است (چه در حال و چه در گذشته) وجود ندارد. این موضوع معمولاً در داستانهای علمی-تخیلی آمده است، چراکه زندگی در هرجای دیگر از جهان هستی به شدت محتمل است.

 

آیا ممکن است بیگانگان فضایی ما را تنها به چشم آلودگی که باعث ویرانی زمین گشته و بایستی از آن پاک گردد ببینند؟ (ناسا)

- به احتمال بسیار زیاد گونه های بسیار متفاوتی از جانداران در جهان وجود دارد. از دیدگاه من، عدم وجود حیات در بیش از 200 میلیون کهکشان موضوعی عجیب و کاملاً غیرمنطقی به نظر می رسد. از این رو احتمال وجود حیات در خارج از کره زمین بسیار بالاست و شاید پاسخ سوال "آیا ما در جهان تنها هستیم؟ " را بتوان با قطعیت "خیر" اعلام نمود.

- یکی از نکات بسیار مهم که باید در نظر داشت فاصله بسیار زیاد بین ستارگان است. حتی اگر تمدن های فنی و هوشمندی از سایر موجودات زنده در کهکشان راه شیری ما وجود داشته باشد، برای چنین تمدن هایی با پیشرفته ترین تکنولوژی ها، و حتی سفینه هایی با توانایی حرکت با سرعت نور، سال ها به طول خواهد انجامید تا به ما برسند. زمانی که آنها وارد زمین گردند، سیاره مادر آنها آنقدر سالخورده خواهد بود که در بازگشت به سیاره شان هیچ خویشاوندی نخواهند یافت.

- من فکر می کنم، تنها راه ممکن برای ملاقات ما توسط موجودات فرازمینی از طریق فیزیک کوانتوم بوده و این امر تنها زمانی روی خواهد داد که این موجودات توانایی دستکاری زمان و فضا را داشته باشند. پس از آن، شاید جهان 3بعدی ما قابل یافتن در بین میلیون ها جهان بوده و امکان ورود به آن از میان دیگر ابعاد میسر باشد. نظریه ابر ریسمان فعلی پیشنهاد می دهد که علاوه بر بعد زمان، به 10 بعد دیگر نیز برای وقوع چنین پیشامدی نیاز است. (نظریه بعد یازدهم)

- اگر منظور شما این است که " آیا موجودات فضایی واقعیت دارند؟" ممکن است تابحال شواهدی دال بر وجود چنین موجوداتی، برخی کوچک تر از 2 اینچ و برخی به بزرگی 20 پا دیده باشید. اگرچه، ممکن است بسیاری از این شواهد اشتباه و دروغین باشد، اما زمانی که به عظمت جهان می اندیشیم، و تمام آن میلیاردها کهکشان شناخته شده برای بشر، و تمام ناشناخته های دیگر هستی، در واقع باور این موضوع که که ما تنها فرم حیات در جهان هستیم غیرممکن به نظر می رسد. اگرچه بر اساس مدارک فعلی مجبوریم جواب "خیر" را انتخاب کنیم اما من اعتقاد دارم دیر یا زود با این جانداران روبرو خواهیم گشت.

- فکر می کنم، همین حالا، آنها باید جایی در حال زندگی باشند.

(استیفن هاوکینگ در مستندی که در رابطه با انواع اشکال احتمالی حیات و موجودات فرازمینی ساخته به برسی برخی از این گونه ها می پردازد. او در بخشی از این مستند توضیح می دهد که چگونه پاها می توانند برای هرگونه ای از شکل حیات که بر پوسته سخت سایر سیارات وجود دارد سودمند باشد. پاها و چشمان برای استفاده در سیاره ما بهینه گشته اند، بنابراین شاید در برخی اشکال زندگی در جهان های دوردست چنین اعضایی به یکدیگر پیوسته اند.)

- زمانی که سخن از موجودات فضایی به میان می آید، در این زمان، هنوز هیچ گونه ای از آنها یافت نشده و یا با زمین ارتباط برقرار ننموده است. با این حال با توجه به ابعاد بینهایت جهان، احتمالات فراوانی بر حیات موجودات فرازمینی در سایر کهکشان ها، مانند کهکشان کوتوله قوس وجود دارد. اگرچه تاکنون وجود آنها اثبات نشده اما دانشمندان امیدوارند در آینده نزدیک چنین اتفاقی خواهد افتاد و در این زمینه تلاش های گوناگونی در حال انجام است.



نوع مطلب : نجوم(فیزیک) 

داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

آلکنها

تاریخ:یکشنبه 1 مرداد 1391-14:15

آلکنها ، دسته بزرگی از هیدروکربنها را شامل می شوند که به هیدروکربنهای غیر اشباع (unsaturated) موسومند. تعداد هیدروژنهای این ترکیبات ، کمتر از آلکنهای هم کربن است. آلکنها ممکن است یک یا چند پیوند دوگانه مجزا و دور از هم و یا مزدوج داشته باشند.



تصویر
ساختمان اتیلن

ساختمان پیوند دوگانه کربن- کربن در آلکنها

اتیلن

اتیلن کوچکترین عضو خانوده آلکنها و به فرمول C2H4 می‌باشد که دو اتم هیدروژن کمتر از آلکان هم‌کربن (اتان) دارد. ما در اینجا به بررسی ساختمان اتیلن می‌پردازیم تا با ساختار ترکیبات اشباع نشده آشنا شویم. بررسی ساختمان اتیلن به طریق کوانتوم مکانیکی نشان داده است که کربن ، برای اینکه در ساختمان اتیلن شرکت نماید، لازم است که با استفاده از اوربیتالهای 2s و دو اوربیتال 2p خود ، سه اوربیتال هیبریدی یکسان بوجود آورد که این اوربیتالهای هیبریدی ، در یک سطح قرار می‌گیرند، بنحوی که اتم کربن ، در مرکز یک مثلث قرار گرفته و زوایای بین اوربیتالهای هیبریدی ، 120 درجه تخمین زده شده است.

هرگاه ما چهار اتم هیدروژن و دو اتم کربن sp2 را کنار هم مرتب کنیم، شکلی ایجاد می‌شود که در آن ، هر اتم کربن در سه پیوند σ (سیگما) شرکت دارد. برای رسیدن به کربن به حالت اکتت ، لازم است که سومین اوربیتال 2p اتمهای کربن همپوشانی کرده ، پیوند ایجاد کنند. این پیوند که از همپوشانی اوربیتالهای p کربن ایجاد می‌شود، از نظر شکل و انرژی ، با پیوند σ متفاوت می‌باشد و به پیوند π موسوم است که از دو قسمت تشکیل شده است.

یک ابرالکترونی در بالای سطح مولکول و ابر الکترونی دیگر ، در پایین سطح قرار می‌گیرد. وقتی این ساختمان می‌تواند انجام شود که تمام اتمهای شرکت کننده در ساختمان اتیلن در یک سطح قرار گیرند. پس مولکول اتیلن لازم است یک مولکول مسطح باشد. مسطح بودن مولکول اتیلن بوسیله روشهای طیف سنجی و پراش الکترونی مورد تایید قرار گرفته است.

پروپن

پروپن به فرمول C3H6 ، CH3-CH=CH2 ، دومین عضو خانواده آلکنها می‌باشد که سه اتم کربن با 6 اتم هیدروژن به هم متصل شده‌اند.

بوتن

بوتن به فرمول C4H8 عضو بعدی این خانوده است که برای آن ، چند نوع آرایش می‌توان در نظر گرفت که در آنها ، چهار اتم کربن با هشت اتم هیدروژن طوری قرار بگیرند که قانون اکتت رعایت شده باشد. بوتن به ظاهر دارای سه ایزومر می‌باشد، ولی مطالعات تجربی نشان داده است که برای آلکنی به فرمول C4H8 چهار ساختمان فیزیکی کاملا متفاوت وجود دارد.

روش آیوپاک برای نامگذاری آلکنها

در روش آیوپاک ، نامگذاری آلکنها با رعایت نکات زیر انجام می‌شود:


  1. بلندترین زنجیری را که پیوند دوگانه کربن- کربن در آن قرار گرفته باشد، انتخاب می‌کنیم.
  2. زنجیر اصلی را به نحوی شماره گذاری می‌کنیم که اولین کربن روی پیوند دوگانه ، کوچکترین شماره را به خود بگیرد. (این روش تنها در مورد مشتقات کربن و هیدروژن صادق است. در نامگذاری الکل های اتیلنی و اسیدها و استرهای اتیلنی و برخی مشتقات دیگر ، اولویت با عوامل الکل ، اسید و استر می‌باشد.)
  3. شماره کربنهایی را که استخلافها در روی آنها قرار گرفته‌اند، مشخص می‌کنیم.
  4. اگر قرار باشد ایزومرهای هندسی ماده مشخص گردد، در اول نام ماده از پیشوند cis و trans یا E و Z استفاده می‌کنیم.


تصویر
2-cis بوتن

خواص فیزیکی آلکنها

بطور کلی ، خواص فیزیکی آلکنها مشابه آلکانهاست. آلکنها در حلالهای غیرقطبی مانند اتر ، کلروفرم و دی‌کلرو متان محلول ولی در آب نامحلول می‌باشند و سبکتر از آب نیز می‌باشند. نقطه جوش آلکنها با افزایش تعداد کربنها افزایش می‌یابد. بجز آلکنهای کوچک ، نقطه جوش آلکنها به ازای افزایش یک اتم کربن بین 20 تا 30 درجه سانتی‌گراد افزایش می‌یابد. همانند آلکانها ، شاخه‌دار شدن آلکنها موجب کاهش نقطه جوش می‌شود.

آلکنها اندکی قطبی‌تر از آلکانها هستند این قطبیت اندک در اثر خصلت الکترون دهی و الکترون گیری گروهها ایجاد می‌گردد. وقتی روی آلکنها ، گروههای القایی با قدرت بیشتر قرار می‌گیرد، ممان دو قطبی اندکی افزایش می‌یابد.

تهیه آلکنها

از طریق هیدروهالوژن زدایی از هالیدهای آلکیل

هیدروهالوژن زدایی ، واکنشی است که طی آن ، از یک مولکول هالید آلکیل یک مولکول هالید هیدروژن (یک اتم هیدروژن از یک کربن و یک اتم هالوژن از کربن مجاور) برداشته می‌شود. این واکنش بسته به ساختمان و شرایط محلول می‌تواند از طریق دو مکانیسم متفاوت E2 و E1 انجام بگیرد.

تهیه آلکنها از طریق هالوژن ردایی از α- دی بروموآلکان

اگر دو اتم هالوژن در روی یک اتم کربن قرار گرفته باشند، ماده را دی‌هالوژنه دوقلو geminal می‌نامند و اگر دو هالوژن در روی دو اتم کربن مجاور قرار گرفته باشند، vicinal خوانده می‌شود. از واکنش مشتقات α- دی برومو با پودر روی در اسید استیک و طی یک واکنش هالوژن زدایی ، آلکن مربوطه تولید می‌شود. در این واکنش ، هر دو اتم برم آزاد می‌شود و آلکن تشکیل می‌گردد. روی در اسید استیک نقش احیا کننده را بازی می‌کند. روی اکسید می‌شود و هالید الکیل احیا می‌شود.

تهیه آلکنها از طریق آبگیری از الکلها

یکی از بهترین روشهای تهیه آلکنها ، آبگیری از الکلهاست. واکنش آبگیری از الکل در حضور کاتالیزورهای اسیدی ، معمولا برگشت پذیر بوده ، سرعت کمتری دارد. لذا جهت جلوگیری از واکنش برگشتی و برای تکمیل واکنش ، آلکن تولید شده را از محیط واکنش خارج می‌کنند. با توجه به این که نقطه جوش آلکنها ، پایین‌تر از نقطه جوش الکلهای مربوطه می‌باشد، لذا این عمل بسهولت انجام می‌گیرد. در واکنشهای آبگیری از الکلها ، معمولا از اسید سولفوریک یا اسید فسفریک غلیظ استفاده می‌شود.

واکنشهای شیمیایی آلکنها

اگر بخواهیم واکنشهای شیمیایی آلکنها را پیش‌بینی نماییم، لازم است ابتدا فعالیت پیوند π در آلکنها را مورد مطالعه قرار دهیم و تاثیر پیوند دوگانه روی گروههای آلکیل مجاور و برعکس را خوب بدانیم. با مطالعه واکنشهای اختصاصی پیوند دوگانه ، قادر خواهیم بود تا واکنشهای اختصاصی خیلی از آلکنها و واکنشگرهای دیگر را پیش‌بینی نماییم.

بطور کلی دو نوع واکنش در روی آلکنها انجام پذیر می‌باشد. دسته اول آنهایی هستند که در روی پیوند π انجام می‌گیرند و لذا پیوند π از بین می‌رود و پیوندهای جدید تشکیل می‌گردد. واکنشهای دسته دوم ، واکنشهایی هستند که در محلولهای دیگری که ارتباط خاصی با پیوند دوگانه دارند، اتفاق می‌افتند. مثل گروههای آلکیل و یا عوامل دیگری که به کربنهای sp2 متصل می‌باشند.



داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

پیوند هیدروژنی

تاریخ:یکشنبه 1 مرداد 1391-14:11

هرگاه هیدروژن به اتمی با الکترونگاتیوی زیاد مثل فلوئور ، اکسیژن یا نیتروژن متصل گردد، شرایطی برای بوجود آمدن نوع بسیاری مهمی جاذبه بین مولکولی مثبت ـ منفی که آن را پیوند هیدروژنی می‌گویند حاصل می‌شود. به عبارت دیگر ، اتم هیدروژن یک مولکول و زوج الکترون غیر مشترک مولکول دیگر متقابلا همدیگر را جذب می‌کنند و پیوندی تشکیل می‌شود که به پیوند هیدروژنی ، Hydrogen Bond مرسوم است.


img/daneshnameh_up/c/c8/h-bond.jpg

اطلاعات اولیه

جاذبه بین مولکولی دربرخی از ترکیبات هیدروژن‌دار بطور غیرعادی قوی است. این جاذبه در ترکیباتی مشاهده می‌شود که درآنها بین هیدروژن و عناصری که اندازه کوچک و الکترونگاتیویته زیاد دارند، پیوند هیدروژنی وجود دارد. پیوند هیدروژنی نه تنها بین مولکولهای یک نوع ماده ، بلکه بین مولکولهای دو ماده متفاوت که توانایی تشکیل پیوند هیدروژنی را دارند نیز برقرار می‌شود.

نحوه تشکیل پیوند هیدروژنی

پیوند هیدروژنی بر اثر جاذبه اتم هیدروژن اندک مثبت موجود در یک مولکول و اتم بسیار الکترونگاتیو موجود در مولکول دیگر (یا در محل دیگر همان مولکول اگر مولکول به قدر کافی بزرگ باشد که بتواند روی خود خم شود) تولید می‌گردد. جا به جا شدن یک جفت الکترون به سمت عنصر بسیار الکترونگاتیو نیتروژن ، اکسیژن یا فلوئور موجب می‌شود که این اتمها دارای بار منفی جزئی شوند.

در این صورت پیوند هیدروژنی پلی است میان دو اتم شدیدا الکترونگاتیو با یک اتم هیدروژن که از طرفی بطور کووالانسی با یکی از اتمهای الکترونگاتیو و از طرف دیگر بطور الکترواستاتیکی (جاذبه مثبت به منفی) با اتم الکترونگاتیو دیگر پیوند یافته است. استحکام پیوند هیدروژنی یک‌دهم تا یک‌پنجاهم قدرت یک پیوند کوالانسی متوسط است.

img/daneshnameh_up/6/61/cdfessss.jpg

شرایط تشکیل پیوند هیدروژنی

  • بالا بودن الکترونگاتیوی اتمهای متصل به هیدروژن: برهمین اساس است که فلوئور (الکترونگاتیوترین عنصر) ، قویترین پیوند هیدروژنی و اکسیژن (الکترونگاتیوتر از نیتروژن) ، پیوند هیدروژنی قویتری درمقایسه با نیتروژن تشکیل می‌دهد. همچنین بار مثبت زیاد بر روی اتم هیدروژن ، زوج الکترون مولکول دیگر را بشدت جذب می‌کند و کوچک بودن اندازه اتم هیدروژن سبب می‌شود که ملکول دوم بتواند به آن نزدیک شود.

  • کوچک بودن اتمهای متصل به هیدروژن : پیوند هیدروژنی واقعا مؤثر فقط در ترکیبات فلوئور ، اکسیژن و نیتروژن تشکیل می‌شود. با وجود اینکه دو اتم نیتروژن و کلر ، الکترونگاتیوی برابر دارند، چون اتم کلر از اتم نیتروژن بزرگتر است بر خلاف نیتروژن ، کلر پیوند هیدروژنی ضعیفی تشکیل می‌دهد.

توجیه خواص غیرعادی برخی از مواد

وجود خواص غیرعادی برخی از مواد در حالت جامد یا مایع از جمله بالا بودن دماهای ذوب و جوش ، نشان می‌دهد که نیروهای جاذبه بین مولکولی در آنها به اندازه‌ای زیاد است که نمی‌توان آن را به تأثیرهای متقابل ضعیف بین مولکولی نسبت داد. آشناترین این نوع مواد ، فلوئورید هیدروژن ، آب و آمونیاک است که بسیاری از خواص آنها از جمله دماهای جوش و ذوب آنها از دماهای جوش و ذوب ترکیبهای مشابه خود ، برای مثال بطور غیرمنتظره‌ای بالاتر است.

شاید تصور شود که علت این وضعیت غیر عادی ، قطبیت به نسبت زیاد این مولکولهاست. البته تا اندازه‌ای همین طور است. اما بررسی دقیق این پدیده غیر عادی نشان می‌دهد که باید نیروی جاذبه قویتر از نیروهای جاذبه دوقطبی _ دوقطبی بین مولکولهای آنها برقرار باشد.

اگر به ساختار الکترونی مولکولهای توجه شود، می‌توان به موردهای مشترک بین آنها پی برد. این وجه اشتراک ، وجود دست کم یک پیوند کوالانسی با اتم هیدروژن و یک اوربیتال هیبریدی ناپیوندی دو الکترونی اتم مرکزی بسیار الکترونگاتیو در هر یک از آنهاست.

اتمهای الکترونگاتیوی بالایی دارند با هیدروژن پیوند کوالانسی بشدت قطبی بوجود می‌آورند، بطوری که هیدروژن به میزان قابل توجهی خصلت یک پروتون را پیدا می‌کند. جفت الکترون ناپیوندی و قابل واگذاری روی اتم الکترونگاتیو H ، این امکان را پدید می‌آورد که اتم هیدروژن در نقش پل ، اتم‌های الکترونگاتیو دو مولکول را به یکدیگر متصل کند و نیروی جاذبه‌ بین مولکولی بوجود می‌آید که به پیوند هیدروژنی مرسوم است.

خواص ترکیبات دارای پیوند کووالانسی

ترکیباتی که مولکولهای آنها از طریق پیوند هیدروژنی به همدیگر پیوسته‌اند، علاوه بر دارا بودن نقاط جوش بالا ، بطور غیرعادی در دمای بالا ذوب می‌شوند و آنتالپی تبخیر ، آنتالپی ذوب و گرانروی آنها زیاد است.

علت شناور بودن یخ

یخ روی آب شناور می‌ماند، زیرا به هنگام انجماد ، منبسط می‌شود. سبب این انبساط پیوند هیدروژنی میان مولکول‌های خمیده آب است ساختار خمیده یا زاویه‌ای مولکول آب ناشی از آرایش چهار وجهی چهار جفت الکترون در لایه ظرفیت یک اتم است. ساختار زاویه‌ای مولکول آب و پیوند هیدروژنی میان مولکولهای آب به آن معنی است که هر مولکول آب می‌تواند حداکثر با چهار مولکول آب دیگر پیوند هیدروژنی داشته باشد.

پس آب مایع را می‌توان به صورت خوشه‌هایی از مولکولهای آب تصورکرد، خوشه‌هایی که با پیوند هیدروژنی از مولکولهای آب ساخته شده‌اند و دائم در حال حرکتند. شمار مولکولها در هر خوشه و سرعت حرکت خوشه‌ها به دما بستگی دارد. با سرد شدن آب ، مجموعه‌هایی از مولکولهای آب که بسرعت در حرکت‌اند، کند می‌شوند و در نقطه انجماد به یکدیگر قلاب شده ساختمان سه بعدی منبسط شده‌ای را بوجود می‌آورند. این ساختمان گسترده‌تر موجب می‌شود که تراکم یخ کمتر از آب باشد.

ذوب شدن یخ در حدود 15% انرژی پیوند‌های هیدروژنی را می‌شکند و این امر سبب فرو ریختن ساختار می‌شود. در نتیجه مایعی متراکم حاصل می گردد.

img/daneshnameh_up/3/3e/gggggggggy.gif

چرا نقطه جوش آب بالا است؟

خاصیت عجیب دیگر آب ، نقطه جوش نسبتا زیاد آن است. تقریبا تمام ترکیبات هیدروژن‌دار مجاور اکسیژن و اعضای خانواده آن یعنی در دمای اتاق به حالت گازی هستند. اما آب مایع است. برای آنکه یک مولکول به حالت بخار در آید، باید انرژی جذب کند تا بتواند خود را از قید مولکولهای دیگر آزاد کند. چون آب مایع با پیوند هیدروژنی به صورت خوشه‌هایی از مولکول‌ها در می‌آید، برای شکسته شدن پیوند‌های هیدروژنی آن ، انرژی زیادی لازم است.

اما همه پیوندهای هیدروژنی شکسته نمی‌شوند و خوشه‌هایی از مولکولهای آب حتی در نزدیکی 1000 درجه سانتیگراد هنوز وجود دارند. وقتی آب گرم می‌شود، آشفتگی گرمایی پیوند هیدروژنی را می‌گسلد تا آنکه در بخار آب ، فقط جزء کوچکی از شمار پیوندهای هیدروژنی موجود در آب مایع یا جامد باقی می‌ماند. اگر پیوند محکم میان مولکولی از قبیل پیوند هیدروژنی وجود نداشته باشد، مواد معمولا بنا به جرم مولکولی خود به جوش می‌آیند.

جرم‌های مولکولی بزرگتر برای جوش آمدن به دمای زیادتری نیازمندند. عمدتا به این دلیل که ابرهای الکترونی بزرگتر آسانتر و پیچیده می‌شوند و این امر ، منجر به نیروهای لاندن بین مولکولی قویتر می‌شود.

کاربردهای پیوند هیدروژنی

پیوندهای هیدروژنی در بسیاری از مواد یافت می‌شوند. پدیده‌هایی از قبیل چسبناک شدن آب‌نبات سفت ، دیرتر خشک شدن الیاف پنبه‌ای از الیاف نایلونی‌ ، نرم شدن پوست با نایلون ، ناهنجارهای ظاهری در ماهیت آب ، همگی ناشی از همین پیوندهای هیدروژنی است.

پیوند هیدروژنی در تعیین ساختار و خواص مولکولهای سیستم‌های زنده نقش اساسی دارد. اجزای مارپیچ آلفا در ساختار پروتئین‌ها و اجزای مارپیچ دوگانه در ساختار DNA توسط پیوند هیدروژنی بهم می‌پیوندند. تشکیل و گسسته شدن پیوندهای هیدروژنی در تقسیم یافتن و سنتز پروتئین‌ها توسط آن دارای اهمیت اساسی است.




داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

پیوند سیگما

تاریخ:یکشنبه 1 مرداد 1391-14:03

اطلاعات اولیه

اوربیتال S به شکل کره است و مرکز آن در هسته اتم قرار دارد. برای تشکیل پیوند ، دو هسته باید به اندازه کافی به یکدیگر نزدیک شوند تا همپوشانی مولکولهای اوربیتال‌های اتمی صورت پذیرد. نشان دادن اوربیتال‌های اتمی با حروف (P , S , ...) مرسوم است. اوبیتال‌های مولکولی نیز با حروف یونانی σ (سیگما) ، п (پی) و غیره نشانه‌گذاری می‌شوند.

img/daneshnameh_up/5/57/CH_P_S2.jpg

تشکیل پیوند سیگما

اوربیتال‌های مولکولی (H2)، از همپوشانی دو اوربیتال (S) از دو اتم هیدروژن حاصل شده‌اند. اگر همپوشانی طوری بین دو اوربیتال صورت پذیرد که ابر الکترونی بین دو هسته ، همدیگر را تقویت کنند، چگالی الکترونی در ناحیه بین دو هسته زیاد خواهد بود. جاذبه دو هسته با بار مثبت نسبت به ابر الکترونی اضافه با بار منفی ، مولکول را به هم نگه می‌دارد و مولکول پایدارتر از اتم‌های هیدروژن می‌شود.

اوربیتال‌های پیوندی یا اوربیتال مولکولی حاصل را ، اوربیتال‌های سیگما و این پیوندها را پیوندهای سیگما می‌نامند و با نماد (σ) نشان داده می‌شوند.

تشکیل اوربیتال ضد پیوندی سیگما

چون دو اوربیتال اتمی با یکدیگر ترکیب شده‌اند، باید دو اوربیتال مولکولی بدست آید. اوربیتال مولکولی دیگر حاصل از ترکیب که در آن ابر الکترونی بین دو هسته ، همدیگر را تضعیف کنند. در این حالت چگالی الکترونی در ناحیه بین دو هسته خیلی کم است. چون دو هسته مثبت همدیگر را دفع می‌کنند و در فاصله بین آنها چگالی کم الکترونی قادر به جبران این دافعه با ایجاد جاذبه‌ای قوی نیست، لذا نزدیک نگاه داشتن دو هسته در این حالت نیازمند انرژی است. این اوربیتال مولکولی را اوربیتال ضد پیوندی سیگما ( با نشان (*σ) می‌نامند. چون نه تنها در به هم نگه داشتن دو اتم کمک نمی‌کند، بلکه عمل آن در جهت دور کردن دو اتم از یکدیگر است.

تقارن اوربیتال‌های سیگما

اوربیتال‌های سیگما ( σ و *σ هر دو)، به دور محوری که دو هسته را به یکدیگر متصل می‌کند، تقارن استوانه‌ای دارند و چرخش مولکول دور این محور ، تغییر قابل مشاهده‌ای در شکل اوربیتال به وجود نمی‌آورد.
img/daneshnameh_up/4/44/H2.jpg

انرژی اوربیتال‌های سیگما

انرژی اوربیتال پیوندی (σ) از انرژی هر یک از اوبیتال‌های اتمی که آن را بوجود آورده‌اند کمتر است، در حالی که انرژی اوربیتال ضد پیوندی (*σ) بالاتر است. وقتی دو اوربیتال اتمی ترکیب می‌شوند، اوربیتال مولکولی پیوندی نشان دهنده کاهش انرژی سیستم و اوربیتال مولکولی ضد پیوندی نشان دهنده افزایش انرژی سیستم است.

مرتبه پیوند

هر اوربیتال ( اتمی یا مولکولی ) می‌تواند دو الکترون با اسپین مخالف را در خود جای دهد. در مولکول هیدروژن دو الکترون ( با اسپین‌های جفت شده ) اوربیتال ( σ1S) را که اوربیتالی در دسترس با حداقل انرژی است اشغال می‌کنند. اوربیتال (1S *σ) اشغال شده است. تعداد پیوند یا مرتبه پیوند ، در هر مولکول عبارت است از نصف الکترون های ضد پیوندی از الکترون های پیوندی است که برای (H2) مرتبه پیوند 1 و برای (He) صفر است .

بررسی اوربیتال (2S)

ترکیب دو اوربیتال (2S) ، اوربیتال‌های مولکولی (2S σ) و( *σ 2S ) را بوجود می‌آورد که با اوربیتال‌های (σ) و (*σ) ناشی از ترکیب دو اوربیتال (1S) مشابه‌اند.



داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 

الکترونگاتیویته

تاریخ:یکشنبه 1 مرداد 1391-13:57

الکترونگاتیویته Electronegativity میزان توانایی نسبی یک اتم در یک مولکول برای جذب جفت الکترون پیوندی بسوی خود است.

img/daneshnameh_up/e/e8/electronegativity.jpg

متداول‌ترین مقیاس الکترونگاتیویته

مقیاس نسبی الکترونگاتیوی پاولینگ ، متداول‌ترین مقیاس و مبتنی بر مقادیر تجربی انرژی‌های پیوندی است. مقدار انرژی اضافی که از جاذبه متقابل بارهای جزئی б+ و б- اضافه بر انرژی پیوند کووالانسی آزاد می‌شود، به قدر مطلق б و به تفاوت الکترونگاتیوی دو عنصر پیوند شده بستگی دارد. در محاسبات الکترونگاتیوی تنها تفاوت الکترونگاتیویته عناصر تعیین می‌شود. برای بنا کردن یک مقیاس ، به اتم F (الکترونگاتیوترین عنصر) بطور دلخواه عدد 4 نسبت داده شده است.

مقیاس الکترونگاتیوی پاولینگ ، متداول‌ترین مقیاس و مبتنی بر مقادیر تجربی انرژیهای پیوند است. مثلا انرژی پیوند Br-Br ، انرژی لازم برای تفکیک مولکول Br2 به اتمهای Br است. برای تفکیک یک مول از مولکولهای Br2 به اندازه 46+ کیلو کالری انرژی لازم است. انرژی پیوند H-H برابر 104+ کیلو کالری بر مول است.

تعاریف مختلف الکترونگاتیویته

الکترونگاتیویته ، در روشهای متفاوتی تعریف شده است که برخی از آنها به اختصار توضیح داده می‌شود.

الکترونگاتیویته پاولینگ

انرژی اضافی پیوند A-B نسبت به متوسط انرژی پیوندهای A-A و B-B می‌تواند به حضور سهم یونی در پیوند کوالانسی نسبت داده شود. اگر انرژی پیوند A-B بطور قابل ملاحظه ای از متوسط پیوندهای غیر قطبی A-A و B-B متفاوت باشد، می‌توان فرض کرد که سهم یونی در تابع موج و بنابراین اختلاف بزرگ در الکترونگاتیوی وجود دارد.

الکترونگاتیویته آلرد_روکر

در این تعریف ، الکترونگاتیویته توسط میدان الکتریکی بر سطح اتم مشخص می‌شود. بنابرین الکترون در یک اتم بار موثر هسته‌ای را احساس می‌کند. بر طبق این تعریف ، عناصری با الکترونگاتیویته بالا آنهایی هستند که با بار هسته‌ای موثر بزرگ و شعاع کوالانسی کوچک ، این عناصر در نزدیکی فلوئور قرار دارند.

الکترونگاتیویته مولیکن

مولیکن تعریف خود را بر پایه داده‌های طیف‌های اتمی نهاد. او فرض کرد که توزیع دوباره الکترون در طی تشکیل تر کیب به گونه‌ای است که در آن یک اتم به کاتیون (توسط ار دست دادن الکترون) و اتم دیگر به آنیون (توسط گرفتن الکترون) تبدیل می‌شود.

اگر یک اتم دارای انرژی یونیزاسیون بالا و الکترون‌خواهی بالا باشد، احتمالا در هنگام تشکیل پیوند ، الکترونها را به سوی خود می‌کشد. بنابراین بعنوان الکترونگاتیو شناخته می‌شود. از طرف دیگر اگر انرژی یونش و الکترون‌خواهی آن ، هر دو کوچک باشد تمایل دارد تا الکترون از دست بدهد. بنابراین به عنوان الکترو پوزیتیو طبقه بندی می‌شود.

این مشاهدات تعریف مولیکن را به عنوان مقدار متوسط انرژی یونش و الکترون‌خواهی عنصر معرفی می‌کند.

تغییرات الکترونگاتیویته عناصر

الکترونگاتیویته عناصر با افزایش تعداد الکترون‌های والانس و همچنین کاهش اندازه اتم افزایش می‌یابد و در هر دوره از جدول تناوبی از چپ به راست و در هر گروه از پایین به بالا افزایش می‌یابد. فلزات ، جاذبه کمی برای الکترون‌های والانس دارند و الکترونگاتیوی آنها حاکم است، ولی نافلزات ، به استثنای گازهای نجیب ، جاذبه قوی برای این‌گونه الکترون‌ها دارند و الکترونگاتیوی آنها زیاد است.

بطور کلی ، الکترونگاتیوی عناصر در هر دوره از چپ به راست (با افزایش تعداد الکترونهای والانس) و در هر گروه از پایین به بالا (با کاهش اندازه اتم) افزایش می‌یابد. بنابراین ، الکترونگاتیوترین عناصر ، در گوشه بالایی سمت راست جدول تناوبی (بدون در نظر گرفتن گازهای نجیب) و عناصری که کمترین الکترونگاتیوی را دارند، در گوشه پایینی سمت چپ این جدول قرار دارند. این سیر تغییرات ، با سیر تغییرات پتانسیل یونش و الکترون‌خواهی عناصر در جدول تناوبی هم‌جهت است.

مفهوم الکترونگاتیوی

مفهوم الکترونگاتیوی گرچه مفید است، ولی دقیق نیست. روشی ساده و مستقم برای اندازه گیری خاصیت الکترونگاتیویته وجود ندارد و روشهای گوناگون برای اندازه گیری آن پیشنهاد شده است. در واقع چون این خاصیت علاوه بر ساختمان اتم مورد نظر به تعداد و ماهیت اتمهای متصل به آن نیز بستگی دارد، الکترونگاتیوی یک اتم نامتغیر نیست.

انتظار می‌رود که الکترونگاتیوی فسفر در PCl3 با الکترونگاتیوی آن در PCl5 تفاوت داشته باشد. از اینرو ، این مفهوم را تنها بایستی نیمه‌کمی تلقی کرد. بنابراین می‌توان گفت که قطبی بودن مولکول HCl ناشی از اختلاف بین الکترونگاتیوی کلر و هیدروژن است چون کلر الکترونگاتیوتر از هیدروژن است، آن سر مولکول که به کلر منتهی می‌شود، سر منفی دو قطبی است.

توجیه پیوند یونی با خاصیت الکترونگاتیویته

پیوند یونی بین غیرفلزات وقتی تشکیل می‌شود که اختلاف الکترونگاتیوی آنها خیلی زیاد نباشد. در اینگونه موارد، اختلاف الکترونگاتیوی عناصر نشان دهنده میزان قطبی بودن پیوندهای کووالانسی است. اگر اختلاف الکترونگاتیوی صفر یا خیلی کوچک باشد، می‌توان گفت که پیوند اساسا غیر قطبی است و اتمهای مربوط ، سهم مساوی یا تقریبا مساوی در الکترونهای پیوند دارند.

هر چقدر اختلاف الکترونگاتیوی بیشتر باشد پیوند کووالانسی قطبی‌تر خوهد بود (پیوند در جهت اتم الکترونگاتیوتر قطبی می‌شود). بنابراین با توجه به مقادیر الکترونگاتیوی می‌توان پیشگویی کرد که HF قطبی‌ترین هیدروژن هالیدها است و انرژی پیوندی آن بیشتر از هر یک از این ترکیبات است. البته نوع پیوندی که بین دو فلز تشکیل می‌شود، پیوند فلزی و در آن اختلاف الکترونگاتیوی نسبتا کم است.

کاربردهای الکترونگاتیویته

  • می‌توان برای تعیین میزان واکنش پذیری فلزات و غیر فلزات بکار برد.

  • می‌توان برای پیش‌بینی خصلت پیوندهای یک ترکیب بکار برد. هرچه اختلاف الکترونگاتیوی دو عنصر بیشتر باشد، پیوند بین آنها قطبی‌تر خواهد بود. هرگاه اختلاف الکترونگاتیوی دو عنصر در حدود 1.7 باشد، خصلت یونی نسبی پیوند بیش از 50% است.

  • اگر اختلاف الکترونگاتیوی صفر و یا خیلی کوچک باشد، پیوند غیر قطبی است. هرچه اختلاف الکترونگاتیوی بیشتر باشد، پیوند کووالانسی قطبی‌تر خواهد بود. در این پیوندها ، اتمی که الکترونگاتیوی بیشتری دارد، بار منفی جزئی را خواهد داشت.

  • با استفاده از مقادیر الکترونگاتیوی می‌توان نوع پیوندی را که یک ترکیب ممکن است داشته باشد، پیش‌بینی کرد. وقتی دو عنصر با اختلاف الکترونگاتیوی زیاد با یکدیگر ترکیب می شوند، یک ترکیب یونی حاصل می‌شود. مثلا اختلاف الکترونگاتیوی سدیم و کلر 2.1 است و NaCl یک ترکیب یونی است.

آیا الکترونگاتیوی یک عنصر همیشه ثابت است؟

مفهوم الکترونگاتیوی غیر دقیق است. زیرا این خاصیت نه تنها به ساختمان اتم مورد بحث بستگی دارد، بلکه تعداد و ماهیت اتم‌های دیگری که به اتم مزبور پیوند داده شده‌اند نیز در آن دخالت دارد. بنابراین الکترونگاتیوی یک عنصر همیشه ثابت نیست مثلا الکترونگاتیوی فسفر در ترکیب (PCl3) متفاوت از الکترونگاتیوی آن در ترکیب (PCl5) است.





داغ کن - کلوب دات کام
لطفا نظر بدهید() 


شبکه اجتماعی فارسی کلوب | Buy Website Traffic | Buy Targeted Website Traffic