فرایند هابر که در کتاب شیمی سال سوم نیز بدون ذکر نام فرایند درج شده است همان تشکیل امونیاک از گاز هیدروژن و گاز نیتروژن است که به افتخار فریتس هابر بدین نام خوانده می شود.تا انجا که از کتاب شیمی پیش دانشگاهی به یاد دارم این کشف بزرگ یکی از علل امیدواری المانی ها به پیروزی در جنگ جهانی اول بود چون امونیاک ماده ی اولیه ی بسیاری از مواد منفجره است.
اما ساز و کار واکنش: این واکنش از نظر ترمودینامیک بهتر است در دماهای پایین و فشار های بالا صورت بگیرد ولی چون در دماهای پایین برای انجام این واکنش از نظر سینتیک راه مناسبی وجود ندارد ان را در دمای حدود ۵۵۰ درجه انجام می دهند. در دماهای پایین سرعت رسیدن این واکنش تعادلی به نقطه ی تعادل بسیار کم است بطوریکه عملا امکان پذیر نیست.برای تولید امونیاک بیشتر ( ویا به قول کتاب پیش) جابجایی تعادل در جهت رفت امونیاک تولید شده را از ظرف خارج می کنند.
گاز هیدروژن مورد نیاز ان را از پالایش فراورده های نفتی و گاز نیتروژن مورد نیاز را از تقطیر هوا بدست می اورند.هرچند با عبور دادن بخار اب از روی ذغال داغ نیز هیدروژن بدست می اید.
ادامه مطلب
آزمايش تامسون ( محاسبه نسبت بار به جرم الكترون ) 
در آزمايش تامسون از اثر ميدان الكتريكي و ميدان مغناطيسي استفاده شده است. دستگاهي كه در اين آزمايش مورد استفاده قرار گرفته است از قسمتهاي زير تشكيل شده است:
الف ) اطاق يونش كه در حقيقت چشمه تهيه الكترون با سرعت معين مي باشد بين كاتد و آند قرار گرفته است. در اين قسمت در اثر تخليه الكتريكي درون گاز ذرات كاتدي ( الكترون ) بوجود آمده بطرف قطب مثبت حركت مي كنند و با سرعت معيني از منفذي كه روي آند تعبيه شده گذشته وارد قسمت دوم مي شود. اگر بار الكتريكي q تحت تاثير يك ميدان الكتريكي بشدت E قرار گيرد، نيروييكه از طرف ميدان بر اين بار الكتريكي وارد مي شود برابر است با:
F= q.E
ادامه مطلب
| کربوهیدراتها دستهای از ترکیبات شیمیایی طبیعی بسیار مهم از مواد تشکیل دهنده گیاهان ، گلها ، سبزیجات و درختان هستند. به علاوه کربوهیدراتها به عنوان سیستم منبع ذخیره انرژی عمل میکنند، آنها به آب ، کربن دیاکسید و گرما یا سایر انواع انرژی متابولیزه میشوند. |
کربوهیدراتها ، منبع مهم غذایی
بدین ترتیب کربوهیدراتها ، منبع مهم غذاییاند. کربوهیدراتها همچنین به عنوان واحدهای سازنده چربیها و نوکلئیک اسیدها عمل میکنند. سلولز ، نشاسته و قند معمولی ، کربوهیدرات میباشند. از آنجا که این ترکیبات چندین گروه عاملی دارند به چند عاملی موسومند. مانند گلوکز
و بسیاری از اجزا سازنده ساده ، کربوهیدراتهای پیچیده دارای فرمول عمومی 
هستند. نام و ساختار کربوهیدراتها
سادهترین کربوهیدراتها ، قندها یا ساکاریدها هستند. با افزایش طول زنجیر ، تعداد کربنهای با مراکز فضایی افزایش مییابند و بدین ترتیب تعداد زیادی دیاسترومر امکانپذیر میشوند. خوشبختانه برای شیمیدانها عمدتا یکی از چند انانیتومر امکانپذیر ، اهمیت دارد. قندها ترکیبات پلی هیدروکسی کربونیلاند، از این رو میتوانند همی استالهای حلقوی پایداری ایجاد کنند ، بدین ترتیب ساختارهای اضافی و تنوع شیمیایی برای این ترکیبات پدید میآید.
طبقه بندی قندها
کربوهیدراتها نام عمومی قندهای منومری (منوساکاریدها) ، دیمری (دیساکاریدها) ، تریمری (تریساکاریدها) ، الیگومری (الیگوساکاریدها) و پلیمری (پلیساکاریدها) بدست آمده از قند (ساکاروم ، لاتین قند) میباشند. یک منوساکارید یا قند ساده ، یک آلدئید یا کتونی با حداقل دو گروه هیدروکسیل است. بدین ترتیب دو عضو ساده این طبقه از ترکیبات ، 2 و 3 - دی هیدروکسی پروپانال (گلیسرآلدئید) ، 1 و 3 - دی هیدروکسی پروپانون (1 و 3 - دی هیدروکسی استون) میباشند.قندهای پیچیده از اتصال قندهای ساده همراه با حذف آب بدست میآیند. قندهای آلدئیدی بصورت آلدوزها طبقه بندی میشوند. آنهایی که عامل کتونی دارند، کتوز خوانده میشوند. بر اساس طول زنجیر ، قندها ، تریوز (3 کربنی) ، تتروز (4 کربنی) ، پنتوز (5 کربنی) ، هگزوز (6 کربنی) و غیره نامیده میشوند. از اینرو ، 2 و 3 - دی هیدروکسی پروپانول (گلیسرآلدئید) یک آلدوتریوز است. در حالی که 1 و 3 - دی هیدروکسی پروپانون یک کتوتریوز میباشد.
گلوکز
گلوکز ، قند خون یا قند انگور (گلایکیس ، در فرهنگ یونانی به معنی شیرین) که به دکستروز موسوم است، یک پنتاهیدروکسی هگزانال بوده ، از اینرو در خانواده آلدوزهگزوزها جای دارد. گلوکز بصورت طبیعی در بسیاری از میوهها و گیاهان با غلظتی در گستره %0.08 تا 0.1% در خون انسان وجود دارد.فروکتوز
ایزومر کتوهگزوزی گلوکز ، فروکتوز است. فروکتوز شیرینترین قند طبیعی است (برخی از قندهای سنتزی شیرینترند). فروکتوز نیز در بسیاری از میوهها (فروکتوز در فرهنگ لاتین به معنی میوه) و در عسل وجود دارد.ریبوز
قند طبیعی مهم دیگر آلدوپنتزو ریبوز است. این قند واحد ساختاری ریبونوکلئیک اسیدها میباشد. فرمول ساده یا تجربی برای همه قندها میباشد. این فرمول ، هم ارز فرمول هیدرات کربن است. این یکی از دلایلی است که به این دسته از ترکیبات کربوهیدرات گفته میشود. 
دیساکاریدها و پلیساکاریدها
دیساکارید از تشکیل دو مونوساکارید از طریق تشکیل یک پل اتری (معمول استال) بدست میآید. هیدرولیز دیساکاریدها ، منوساکاریدها را دوباره بدست میدهد. تشکیل اتر بین یک منو و یک دیساکارید یک تریساکارید ایجاد میکند و تکرار این فرآیند نهایتا به تولید یک پلیمر طبیعی (پلیساکارید) منجر میشود. چنین کربوهیدراتهای پلیمری ، تشکیلدهنده اسکلت اصلی سلولز و نشاسته هستند.فعالیت نوری قندها
به استثناء 1 و 3 - دیهیدروکسی- پروپانون ، همه قندهایی که تاکنون ذکر شدهاند، حداقل حاوی یک مرکز فضاییاند. سادهترین قند کایرال ، 3 و 2 - دیهیدروکسی پروپانون (گلیسرآلدئید) با یک کربن نامتقارن است. فرم راستبر آن R است، به صورتی که در طرحهای فیشر مولکول نشان داده میشود، انانتیومر چپبر آن ، S میباشد.گر چه نامگذاری S و R برای نامیدن قندها کاملا رضایت بخش است، اما سیستم نامگذاری قدیمی هنوز بکار گرفته میشود. این سیستم نامگذاری ، قبل از تدوین پیکربندی مطلق قندها متداول بوده ، همه قندها را به 2 و 3 - دیهیدروکسی پروپانال (گلیسرآلدئید) مرتبط میسازد. در این روش بجای استفاده از S و R از پیشوند D برای انانتیومر (+) وL برای انانتیومر (-) گلیسرآلدئید استفاده میشود.
قندها ، تشکیلدهنده همیاستالهای درون مولکولی
قندها ترکیبات هیدروکسی کربونیلاند و بایستی قادر به تشکیل درون مولکولی همی استال باشند. در واقع گلوکز و سایر هگزوزها و پنتوزها به صورت مخلوط در حال تعادل با ایزومرهای حلقوی همیاستال خود هستند. در این مخلوط در حال تعادل ، ایزومر حلقوی همیاستال برتر است. در اصل هر یک از پنج گروه هیدروکسی میتوانند به گروه کربونیل آلدئید افزوده شوند. اما گرچه حلقههای پنج ضلعی نیز شناخته شده هستند، حلقههای شش ضلعی معمولا محصول برتر میباشند.گسستگی اکسایشی قندها
واکنشگری که باعث شکستن پیوند C-C میشود، پریدیک اسید (HIO4) است. این ترکیب دیالهای مجاور را اکسایش کرده ، ترکیبات کربونیل ایجاد میشوند. از آنجا که اغلب قندها چندین دیال مجاور دارند، اکسایش با HIO4مخلوط پیچیدهای ایجاد میکند. مقدار کافی از اکسنده ، زنجیر قند را بطور کامل به ترکیبات یک کربنی تبدیل میکند.از این روش برای شناسایی ساختار قندها استفاده میشود. مثلا از مجاورت گلوکز با 5 اکی والان HIO4، پنج اکی والان فرمی اسید و 1 اکی والان فرمالدئید بدست میآیند. در اکسایش فروکتوز ایزومری نیز همان مقدار عامل اکسنده مصرف شده، اما محصولات ، 3 اکی والان اسید ، 2 اکی والان آلدئید و یک اکی والان دیاکسید هستند.
مقدمه
وقتی اتم هیدروژن به دو یا چند اتم دیگر پیوند شده باشد، یک پیوند هیدروژنی وجود دارد. این تعریف اشاره بر این دارد که پیوند هیدروژنی نمیتواند یک پیوند کووالانسی عادی باشد، زیرا اتم هیدروژن تنها یک اوربیتال (1S) در سطح انرژی به قدر کافی پایین دارد که درگیر تشکیل پیوند کووالانسی شود.
جاذبه بین مولکولی و پیوند هیدروژنی
جاذبه بین مولکولی در برخی از ترکیبات هیدروژندار بطور غیر عادی قوی است. این جاذبه در ترکیباتی مشاهده میشود که در آنها بین هیدروژن و عناصری که اندازه کوچک و الکترونگاتیوی زیاد دارند، پیوند هیدروژنی وجود دارد. در این ترکیبات ، اتم عنصر الکترونگاتیو چنان جاذبه شدیدی بر الکترونهای پیوندی اعمال میکند که در نتیجه آن ، هیدروژن دارای بار مثبت قابل ملاحظه +δ میگردد. هیدروژن در این حالت ، تقریبا به صورت یک پروتون بیحفاظ است، زیرا این عنصر فاقد الکترون پوششی است. اتم هیدروژن یک مولکول و زوج الکترون غیر مشترک مولکول دیگر ، متقابلا همدیگر را جذب میکنند و پیوندی تشکیل میشود که به پیوند هیدروژنی مرسوم است. هر اتم هیدروژن قادر است تنها یک پیوند هیدروژنی تشکیل دهد.
نقطه جوش و پیوند هیدروژنی
ترکیباتی که پیوند هیدروژنی دارند، خواص غیر عادی از خود نشان میدهند. تغییرات نقاط جوش در مجموعه ترکیبات SnH4 , GeH4 , SiH4 , CH4 مطابق روال پیش بینی شده برای ترکیبات است نیروهای بین مولکولی آنها منحصر به نبروهای لاندن است. نقطه جوش در این مجموعه با افزایش اندازه مولکولی ، زیاد میشود. ترکیبات هیدروژنی عناصر گروه چهار اصلی ، مولکولهای ناقطبی هستند. اتم مرکزی هر مولکول فاقد زوج الکترون غیر مشترک است. در گروههای پنج ، شش و هفت اصلی نیروهای دو قطبی - دوقطبی به نیروهای لاندن در چسباندن مولکولها به یکدیگر کمک میکند. ولی نقطه جوش نخستین عنصر هر مجموعه (NH3,H2O , HF) بطور غیر عادی بالاتر از نقاط جوش سایر اعضای آن مجموعه است. پیوند هیدروژنی در هر یک از این سه ترکیب ، جدا شدن مولکولها را از مایع مشکلتر میکند.
سایر خواص غیر عادی مربوط به پیوند هیدروژنی
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.
شروط تشکیل پیوند هیدروژنی قوی
· مولکولی که پروتون را برای تشکیل پیوند هیدروژنی در اختیار میگذارد (مولکول پروتون دهنده) باید چنان قطبیتی داشته باشد که بار +δ اتم هیدروژن نسبتا زیاد باشد. افزایش قدرت پیوند هیدروژنی به ترتیب N-H.....N
· اتم مولکول پروتون گیرنده که زوج الکترون لازم برای تشکیل پیوند هیدروژنی را در اختیار میگذارد، باید نسبتا کوچک باشد. پیوند هیدروژنی واقعا موثر یا قوی فقط در ترکیبات فلوئور ، اکسیژن و نیتروژن تشکیل میشوند. ترکیبات کلر پیوند هیدروژنی ضعیف تشکیل میدهند و این خصلت ، با توجه به تغییر جزئی نقطه جوش HCl پیداست. الکترونگاتیوی کلر تقریبا با نیتروژن برابر است. ولی چون اتم کلر بزرگتر از اتم نیتروژن است، پراکندگی ابر الکترونی در اتم کلر بیش از اتم نیتروژن میباشد.
مقایسه پیوند هیدروژنی در آب و هیدروژن فلوئورید
تاثیر پیوند هیدروژنی به نقطه جوش آب بیش از هیدروژن فلوئورید است. اگر چه قدرت پیوند O−H…O در حدود 2.3 قدرت پیوند F_H…F است، ولی تاثیر فوق مشاهده میشود. بطور متوسط ، تعداد پیوندهای هیدروژنی به ازای هر مولکول در H2O دو برابر آن در HF است. اتم اکسیژن در هر مولکول آب ، با دو اتم هیدروژن پیوند دارد و دارای دو زوج الکترون آزاد غیر مشترک است. اتم فلوئور در مولکول هیدروژن فلوئورید ، سه زوج الکترون آزاد دارد که میتوانند با اتمهای هیدروژن پیوند تشکیل دهند ولی فقط دارای یک اتم هیدروژن است که میتواند با ان پیوند هیدروژنی تشکیل دهد.
پیوند هیدروژنی و بلور یخ
پیوند هیدروژنی در آب به مقدار خیلی زیاد بر روی سایر خواص آن نیز تاثیر میگذارد. آرایش چهار وجهی اتمهای هیدروژن و زوج الکترونهای غیر مشترک اکسیژن در آب ، سبب میشوند که پیوندهای هیدروژنی بلور یخ دارای چنین آرایشی باشد و منبع به ساختار گشوده بلور یخ میشوند. به همین علت چگالی یخ نسبتا کم است. در نقطه انجماد آب ، مولکولها به هم نزدیکترند و به همین علت و بطور غیر متعارف چگالی آب بیشتر از چگالی یخ است. باید توجه داشت که مولکولهای H2O در حالت مایع توسط پیوندهای هیدروژنی به هم پیوستهاند ولی میزان این پیوستگی و استحکام آن در حالت مایع کمتر از جامد (یخ) است.
پیوند هیدروژنی و انحلال پذیری ترکیبات مختلف
با توجه به پیوند هیدروژنی میتوان انحلال پذیری غیر منتظره برخی ترکیبات حاوی اکسیژن ، نیتروژن و فلوئور را در برخی حلالهای هیدروژندار بویژه آب ، توجیه کرد. مثلا آمونیاک (NH3) و متانول (CH3OH) با تشکیل پیوندهای هیدروژنی در آب حل میشوند. علاوه بر این ، برخی آنیونهای اکسیژندار (مانند یون سولفات ، 42+SO) ، با تشکیل پیوند هیدروژنی در آب حل میشوند.
نقش پیوند هیدروژنی در سیستمهای زنده
پیوند هیدروژنی در تعیین ساختار و خواص مولکولهای سیستمهای زنده نقش اساسی دارد. اجزای مارپیچ آلفا در ساختار پروتئینها و اجزای مارپیچ دوگانه در ساختمان DNA توسط پیوند هیدروژنی به هم میپیوندند تشکیل و گسسته شدن پیوندهای هیدروژنی در تقسیم یاخته و سنتز پروتئینهای آن دارای اهمیت اساسی است.
کشش سطحی
حتما تاکنون ایستادن حشرات را در سطح آب رودخانهها دیدهاید. علت این امر و پیوند هیدروژنی بین مولکولهای آب سطح رودخانه و ایجاد کشش سطحی و در نتیجه یک لایه به هم پیوسته و تور مانند در سطح آب است که وزن پاهای نازک حشرات را میتواند تحمل کند.