الماس:

الماس

اَلماس یکی از سنگ‌های قیمتی و یکی از آلوتروپ‌های کربن است که در فشارهای بالا پایدار است. آلوتروپ دیگر کربن گرافیت نام دارد.

الماس در حالت پایدار دارای ساختار بلندروی (مکعبی) است. الماس ساختار منشوری نیز دارد که این ساختار بصورت شبه‌پایدار در طبیعت به صورت کانی لونسدالنیت وجود دارد.

 خواص متمایز الماس

• الماس در بین جامدات در دمای اتاق بالاترین هدایت گرمایی را دارد. (هدایت گرمایی آن ۵ برابر مس است)
• الماس ماده‌ی نوری ایده‌آلی است که توانایی انتقال طیف نوری مادون قرمز تا ماورای بنفش را دارا است.
• شاخص بازتابش بسیار بالایی دارد.
• خواص نیمه‌رسانایی قابل توجهی دارد. شکست الکتریکی آن بطور متوسط ۵۰ برابر نیمه‌رساناهای متداول است.
• در برابر تابش نوترونی به‌شدت مقاوم است.
• سخت‌ترین ماده‌ی شناخته شده است.
• در مجاورت هوا روانی طبیعی فوق‌العاده‌ای دارد (مانند تفلون)
• استحکام و صلبیت بسیار بالایی دارد.

با وجود این خواص منحصربه‌فرد، قیمت بالای آن جلوی کاربرد گسترده‌ی آن را می‌گیرد و دانشمندان به دنبال پیدا کردن روش‌های تازه برای سنتز آن هستند.

 انواع الماس

الماس طبیعی

هنوز اساساً تنها منبع جواهرات بوده و بالاترین بها را دارد.

الماس سنتزی فشار بالا

سهم گسترده‌ای از بازار صنعت را به خود اختصاص داده‌است. به عنوان ساینده و ابزار برشی و ماشینکاری به کار می‌رود.

الماس CVD

پتانسیل‌های زیادی برای کاربرد در صنعت دارد ولی هنوز بصورت آزمایشگاهی تولید می‌شود.

کربن شبه-الماس (DLC)

اخیراً تولید شده اما دارای کاربردهایی در زمینه‌ی ابزار نوری دقیق است.

ناخالصی‌ها

خواص الماس شدیداً به ناخالصی‌ها وابسته است. حتی وجود مقادیر جزئی ناخالصی مانند نیتروژن می‌تواند خواص آن را بسیار تغییر دهد.

 انواع ناخالصی‌ها

الماس چه به صورت سنتزی و چه به صورت طبیعی هرگز به شکل کاملاً خالص نیست. این ناخالصی‌ها را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد:

ناخالصی‌های شبکه

این نوع ناخالصی‌ها در شبکه‌ی الماس به جای یکی از اتم‌های کربن قرار می‌گیرند و با اتم‌های مجاور تشکیل شیوند می‌دهند.

آخال

این ناخالصی‌ها ذرات مجزایی هستند که شبکه را برهم زده و بخشی از آن نمی‌شوند. این ناخالصی‌ها معمولاً سیلیکات‌های آلومینیوم، سیلیکات‌های منیزیم و یا سیلیکات‌های کلسیم هستند.

دو ناخالصی مهم در الماس نیتروژن و بور هستند. این دو عنصر همسایه‌های کربن در جدول تناوبی بوده و به علت داشتن شعاع اتمی کوچک و متناسب، به خوبی در شبکهٔ کریستالی الماس جایگزین می‌شوند.

رقص مولوکول ها:

  مولکولی را از قطره ی آب جدا کنيد، شايد يکی را که به هوا بخار می شود، به چنگ بياوريد. مولکول، مانند فرفره با سرعت خيره کننده ای به دور خود می چرخد. سرعت دوران آن به حدی است که تنها در يک ثانيه يک ميليون  بار می چرخد.  

در حالی که مولکول با سرعت می چرخد، اتم های آن بی قرار می رقصند. گرچه رقص اتم ها هزار بار از گردش مولکول ها آهسته تر است، ولی باز هم خيلی سريع است. همين که کمی بين اين اتم ها فاصله بيفتد، دوباره به سوی هم می آيند، احوال پرسی مختصری می کنند و باز هم از هم جدا می شوند. پيوند های بين اکسيژن و اتم های هيدروژن مانند فنر باز و بسته می شود و زاويه ی بين آنها مدام تنگ و گشاد می گردد. به اين ترتيب، مولکول همواره در پيچ و خم است، پيچ و خم هايی که موزون اند. سه اتم به هم متصل اند و حرکات آنها به طرز شگفت انگيزی هماهنگ است.

رقص اتم ها چند حرکت مختلف دارد: در يکی دو پيوند هماهنگ با هم کشيده می شود. در حرکت دوم، يک پيوند کشيده و پيوند ديگر جمع می شود و در سومين حرکت، مولکول به حالت پا باز در می آيد.

تصاویر:

عدد جرمی: عدد جرمی عددی صحیح می باشد که مجموع تعداد پروتون ها و نوترون های هسته یک اتم را مشخص می کند. به عبارتی دیگر عدد جرمی عبارت است از تعداد نوکلئون های هسته اتم. عدد جرمی اتم های عناصر با یکدیگر متفاوت می باشد. اختلاف میان عدد جرمی و عدد اتمی برابر است با تعداد نوترون های آن هسته. خواص شیمیایی و فیزیکی عناصر توسط عدد اتمی و عدد جرمی مشخص می شود. تمام اتم های یک عنصر دارای عدد اتمی یکسان می باشند که این عدد اتمی، ماهیت شیمیایی عنصر را مشخص می کند. اما ممکن است اتم های یک عنصر عدد جرمی متفاوتی داشته باشند که در این حالت به آن ایزوتوب آن عنصر می گویند. علت تفاوت عدد جرمی در اتم های یک عنصر ، تغییر تعداد نوترون های آن می باشد. پس عدد جرمی اتم های یک عنصر می تواند در خواص فیزیکی عنصر مانند : چگالی، جرم و ... تغییر ایجاد کند. در نماد گذاری عدد جرمی را با A سمت راست و در بالا و عدد اتمی را با Z سمت راست ، پایین نماد عنصر می نویسند . عدد جرمی بیشتر در واکنش های هسته ای مورد تحلیل قرار می گیرد ، زیرا عناصری وجود دارند که در برخی از ایزوتوپ هایشان پایدار و در برخی دیگر فعالیت رادیواکتیو از خود نشان می دهند. مثلا هیدروژن دارای سه ایزوتوپ ( عدد جرمی 1،2و3)می باشد که در دو ایزوتوپ 1 و2 ( پریتیم و دوتریم ) دارای هسته پایداری می باشد ، اما ایزوتوپ تریتیم ( ایزوتوپ3) دارای هسته ناپایداری می باشد . در طبیعت ایزوتوپ های فراوانی از عناصر مختلف وجود دارند . امروزه با پیشرفت علم هسته ای ، در آزمایشگاه ها توانسته اند ایزوتوپ های جدیدی از عناصر مختلف تولید کنند بطوری برخی از آن ها در طبیعت وجود دارند. مندلیف: ديمتری ايوانويچ مندليف زير و رو كننده علم شيمی و فرزند يكی از مديران مدرسه محلی در هفتم فوريه 1834 در شهر «توبوسك» واقع در روسيه متولد شد. وی در سال 1869 دكتر علوم و استاد شيمی دانشگاه شد و در همين سال ازدواج كرد در اين هنگام فقط شصت و سه عنصر از نظر شيمی‌دان‌ها شناخته شده بود. مندليف در اين فكر بود كه خواص فيزيكی و شيميايی عناصر تابعی از جرم اتمی آن‌ها است. بدون قانون تناوبی نه پيش بينی خواص عناصر شيميايی ناشناخته ميسر بود و نه به فقدان يا غيبت برخي از عناصر می‌شد پی برد كشف عناصر منوط به مشاهده و بررسی بود. بنابراين تنها ياری بخت، مداومت و يا پيش داوری منجر به كشف عناصر جديد می‌شد قانون تناوبی راه جديدی در اين زمينه گشود. منظور مندليف از اين جمله‌ها آن بود كه در سير تاريخی عناصر شيميايی، زمان حدس زدن وجود عناصر و پيشگويی خواص مهم‌شان فرا رسيده است. جدول تناوبی پايه‌ای براي اين كار شد. حتی ساخت اين جدول نشان می‌داد كه در چه جاهايی مكان خالی باقی می‌ماند كه بايد بعداً اشغال شود. با آگاهی از خواص عناصر موجود در جوار اين مكان‌های خالی می‌شد خواص مهم عناصر ناشناس را تخمين زد و چند مشخصه مقداری آنها (جرم‌های اتمی، چگالی، نقطه ذوب و نقطه جوشش و مانند آن‌ها را) به كمك نتيجه گيری‌های منطقی و چند محاسبه رياضی ساده، تعيين كرد. اين مطالب نياز به تبحر كافی در شيمی داشت. مندليف از اين تبحر برخوردار بود كه با تركيب آن با تلاش علمی و اعتقاد به قانون تناوبی توانست پيشگوهای درخشانی درباره وجود و خواص چندين عنصر جديد ارائه دهد. بنابراين مطابق با اين فكر جدولی درست كرد و شصت و سه عنصر شناخته شده را به ترتيب جرم اتمی‌شان در جدول قرار داد. تعداد عناصر در سطرهای جدول يكی نبود مثلاً سطر پنجم 32 عنصر داشت در حالی كه سطر ششم فقط شامل 6 عنصر بود. ولی عناصری كه خواص آن‌ها شبيه به هم بود در اين جدول نزديك هم قرار داشتند و بدين علت مقداری از خانه‌های جدول خالی ماند. مندليف در مورد خانه‌های خالی اظهار داشت كه خانه‌های خالی متعلق به عناصری است كه تاكنون شناخته نشده. وی اين نتيجه را در سال 1869 به جامعه شيمی روسيه تقديم كرد . جدول مندليف كه پيش بينی وجود 92 عنصر را می‌نمود جز لوترمايز كه يك سال بعد از مندليف جدولی مشابه با جدول مندليف انتشار داده بود، طرفداری نداشت. پيش بينی‌های عجيب مندليف زمان درازی به صورت مثال‌های موجود در همه كتاب‌های شيمی در آمده بود و كمتر كتاب شيمی وجود دارد كه در آن از اكاآلومينيوم و اكابور و اكاسيليسيم ياد نشده‌باشد، كه بعدها پس از كشف به نام‌های گاليوم، سكانديوم ژرمانيوم ناميده شدن. در ميان سه عنصری كه مندليف پيش بيني كرده بود اكاسيليوم بعد از سايرين كشف شد(1887) و كشف آن بيش از كشف دو عنصر ديگر مرهون ياری بخت و تصادف مساعد بود. در واقع كشف گاليوم توسط بوابودران (1875) مستقيماً توسط روش‌های طيف سنجی بود و جدا كردن سكانديوم توسط نيلسون و كلو (1879) مربوط به بررسی دقيق خاك‌های نادر بود كه درآن زمان اوج گرفته بود. اندك اندك همه پيشگويی‌های مندليف تحقق يافته‌اند. آخرين تأييد در مورد وزن مخصوص سكانديوم فلزی بود در سال 1937 فيشر شيميدان آلمانی موفق به تهيه سكانديوم با درجه خلوص 98 درصد شد. وزن مخصوص آن سه گرم بر سانتی متر مكعب بود و اين دقيقاً همان رقمی است كه مندليف پيش بينی كرده بود. در پاييز سال 1879 انگلس كتاب جامعی به دست آورد كه نويسندگانش روسكو و شورلمر بودند در آن كتاب برای نخستين بار به پيشگويی اكاآلومينيوم توسط مندليف و كشف‌اش تحت نام گاليوم اشاره شده بود. در مقاله‌ای كه بعدها انگلس در كتابی هم نقل كرده است، اشاره به مطلب آن كتاب شيمي شده‌است و نتيجه گرفته است كه: «مندليف با به كار بردن ناخودآگاه قانون تبديل كميت به كيفيت هگل، واقعيت علمی‌ای را تحقق بخشيد كه از نظر تهور فقط قابل قياس با كار لوريه در محاسبه مدار سياره ناشناخته نپتون بوده‌است. علاوه بر اين با اكتشاف آرگون در سال 1894 و هليوم و اينكه «رامزی» نظريه جدول مندليف وجود نئون و كريپتون و گزنون را پيش بينی نمود. جدول مندليف شهرت عجيب و فوق العاده‌ای كسب نمود. در اين سال‌ها بود كه تمام آكادمی‌های كشورهای جهان (غير از مملكت خودش) او را به عضويت دعوت نمودند زيرا مندليف مردی آزاديخواه و طرفدار جدی حقوق زن بود و به اين علت مورد لطف قرار نگرفت. مندليف در دوم فوريه 1907 در هفتاد و سه سالگی درگذشت. به طوری كه می‌دانيم از هنگامی كه جدول مندليف بوجود آمد خانه‌های خالی آن يكی پس از ديگری با كشف عناصر پر می‌شد و آخرين خانه خالی جدول در سال 1938 با كشف (آكتينوم) در پاريس پر شد. جان دالتون: جان دالتون یک شیمیدان و فیزیکدان بریتانیایی بود. معروفیت او بیشتر بخاطر هواداری اش از نظریه اتمی است. جان دالتون ۱۰ سال پیش از ثبت و اعلان استقلال آمریکا در سال ۱۷۶۶، در انگلستان زاده شد. خانواده او در یک کلبه کوچک گالی در روستایی زندگی می‎کردند. در کودکی، جان به همراه برادرش در یک مزرعه کار می‎کرد و در مغازه پدر در بافتن لباس او را یاری می‎دادند. با وجود فراهم بودن اندکی از لوازم اولیه زندگی آنها خانواده فقیری بودند، بسیاری از پسران فقیر در آن زمان از داشتن تحصیلات محروم بودند، اما جان توانست با خوش‎شانسی در مدرسه‎ای در همان نزدیک زادگاهش مشغول تحصیل شود. got یادگیری علاقه زیادی نشان می‎داد. آموزگاران نیز او را به یادگیری تشویق می‎کردند. در ۱۲ سالگی، او اولین مدرسه خود را در شهری نزدیک محل اقامتش باز کرد اما به خاطر کمبود پول مجبور به بستن آنجا و کارکردن در مزرعه عمه‎اش شد. ۳ سال بعد، به همراه برادر بزرگ‌تر و یکی از دوستانش مدرسه‎ای را در 0کندال) Kendall انگلیس باز کرد. به تدرس انگلیسی. لانتین، یونانی، فرانسوی و 21 موضوع علمی و ریاضی پرداخت. جان به یادگیری طبیعت و هوای اطراف خود می‎پرداخت. او پروانه‎ها، حلزون‎، و ... را جمع‎آوری می‎کرد.جان دالتون پی برد که دچار کوررنگی ست و به یادگیری آن روی آورد. در ۱۷۹۳، جان به عنوان معلم خصوصی به منچستر رفت و در کالج جدید مشغول به تدریس شد. و در آنجا به مشاهده رفتار گازها پرداخت. او به عناصر و اجزاء مختلف و چگونگی درست شدن آنها اندیشید. جان نظریه‎ای داشت که بر طبق آن، هر عنصری از اتم‎های مجزا تشکیل شده و تمام عناصر با یکدیگر متفاوت هستند زیرا اتم‎های سازنده هر کدام از آنها، با دیگری متفاوت است. او فکر می‎کرد که هر عنصری وزن مخصوص می‎دارد، زیرا از اتم‎های متفاوتی تشکیل شده.در سال ۱۸۰۸، جان دالتون کتابی با مضمون، «نظامی نوین در فلسه شیمی» منتشر کرد که در آن وزن بسیاری از اتم‎های شناخته شده را جمع‎آوری و لیست کرده بود. مقدار عددی وزن‎هایی که او محاسبه کرده کاملاً دقیق نبودند، اما مبنایی بودند برای «جدول دوره‎ای پیشرفته»، اگرچه بسیاری نظریه دالتون در مورد ساختار اتم را نپذیرفتند، اما وی بر تحقیقات خود برای دفاع از نظریه‎اش ادامه می‎داد. جان دالتون در سال ۱۸۴۴ درگذشت، او با افتخار در انگلستان به خاک سپرده شد. بیش از ۴۰۰۰۰۰ نفر بدن بی‎جان او را هنگام قرار گرفتن در تابوت مشاهده کردند. به عنوان آخرین تجربه و آزمایش، او از کالبد شکافی استفاده کرد تا دلیل کوررنگی خود را پیدا کند. او ثابت کرد که چشمان او دلیل این او نمی‎باشند، بلکه اشکال از قوه درک و احساس بینایی او در قسمتی از مغز او بود که از کار افتاده بود. حتی تا لحظات آخر زندگی. او به گسترش علم و دانش کمک کرد. امروز، دانشمندان در هر جا، نظریه دالتون درباره ساختار اتم را مورد قبول می‎دانند. یک پسر ساده روستایی روش جدیدی برای اندیشیدن و نگاه کردن به عالم هستی و چگونگی کارکرد آن را به مردم و اهل دانش نشان داد. نظریه ی اتمی:  تئوری اتمی دالتون تاریخچه تئوری اتمی به یونانی‌ها و هندی‌های قرن ششم برمی گردد . در ان زمان یونانی‌ها سکه غیر قابل خرد کردن را اتم می‌نامیده‌اند. ولی تئوری علمی اتمی توسط دموکریت یونانی در قرن ۶ ارائه شد . در اوان قرن ۱۹ جان دالتون توانست خرد شدن متناسب یک ماده را به خوبی توضیح بدهد. دالتون تئوری خود را در 7 بند به شرح زیر بیان کرد: 1-ماده از ذرات تجزیه ناپزیری به نام اتم ساخته شده است. 2-همه ی اتم های یک عنصر مشابه یکدیگرند. 3-اتم نه به وجود می آید و نه از بین می رود. 4-اتم های عنصر های مختلف جرم و خواض شیمیایی متفاوتی دارند. 5-اتم های عنصر های مختلف به هم متصل میشوند و مولکول هارا به وجود می آورند. 6-هر مولکول از یک ترکیب معین،همواره نوع و تعداد نسبی اتم های سازنده آن یکسان است. 7-واکنش های شیمیایی شامل جابجایی اتم ها یا تغییر در شیوه اتصال آن ها در مولکول هاست . در این واکنش ها اتم ها تغییری نمی کنند.