علم شیمی
جيوه را از زمان هاي بسيار قديم در چين و هند مي شناختند و آن را در گورهاي مصريان که 3500 سال پيش ساخته شده پيدا کرده اند. در بعضي نقاط به صورت قطره از سنگ هاي معدني ترشح مي شود . سنگ معدن اصلي جيوه سولفيد جيوه (HgS) معروف به سينابار است.فلز جيوه از حرارت دادن اين سولفيد آزاد مي شود. (HgS + O2 ........> Hg + SO2 (g
جيوه تنها فلزي است که در حرارت معمولي به حالت مايع است هر چند گاليم هم در29.8 درجه ذوب مي شود. جيوه به رنگ سفيد نقره و رخشنده 13.6 مرتبه از آب سنگين تر است . در حدود 39- درجه به صورت جسم محکم و شکننده اي منجمد مي شودو در حدود 357 درجه به جوش مي ايد . جيوه در ستون الکتروشيمي عناصر خيلي پايين تر از هيدروژن قرار دارد. بنابراين بيشتر فلزها آنرا از محلول نمکش خارج مي کنند (جاي گزيني ). کاهنده ي بسيارضعيفي است و کاهلي و کمي استعدادش را براي ترکيب با اکسيژن و ناتواني براي جايگزيني هيدروژن اسيدهاي غيراکسيدکننده به همين حساب مي گذارند. با وجود اين اسيد نيتريک و اسيد سولفوريک گرم و غليظ طي يک واکنش اکسيداسيون و کاهش با جيوه نيترات جيوه (II) و سولفات جيوه (II) مي دهند. آلياژ جيوه را با يک يا چند فلز ديگر را ملقمه مي نامند و جيوه با بيشتر فلزها غير از آهن و پلاتين ملقمه مي دهد.ملقمه اي از قلع و نقره و روي با جيوه براي پر کردن دندان به کار ميرود. اين ملقمه وقتي تازه تهيه شده باشد نرم است و به راحتي مي توان در سوراخ دندان فشردولي بعد از مدت کوتاهي سخت مي شود.
ترکيب هاي جيوه: جيوه دو دسته ترکيب تشکيل مي دهد که در يکي از انها حالت اکسيداسيون 1+ و در ديگري 2+ است.
کلريد جيوه(I) : جسمي است جامد و سفيد با فرمول مولکولي Hg2 Cl2 در آب غير محلول و در پزشکي به نام کالومل به عنوان ملين مصرف مي شود در اثر تابش اشعه ي آفتاب کم کم به جيوه و دي کلريد جيوه (II) تغيير مي يابد. Hg2 Cl2 .......> HgCl2 + Hg
نيترات جيوه( I) : Hg2 ( NO3 )2 در آب کمي محلول است اگر يون کلريد به ان اضافه کنند کلريد جيوه (I) ته نشين مي شودآمونياک با اين رسوبواکنش مي دهد و جسم غير محلولي به فرمول Cl-Hg-NH2 و يک اتم جيوه به صورت ذرات سياه پراکنده مي شود و مخلوط اين دو جسمي خاکستري رنگ مي دهد که وسيله ي شناسايي يون++Hg2 است. Hg2 Cl2 + 2NH3 ........> H2 N_ Hg_ Cl(S) + Hg(S) + NH4 Cl
احتياط کنيد : جيوه بخار جيوه و تمام نمک هاي محلول جيوه به شدت سمي هستند . سفيده ي تخم مرغ و شير را مي توان به عنوان پادزهر به کار برد زيرا آلبومين هاي تخم مرغ و شير با جيوه البومينات جيوه مي دهند که غير محلول است. مصرف کالومل به دليل بسيار کم محلول بودن آن به دستور پزشک خطرناک نيست.
کلريد جيوه ي (II) : معمولا بي کلريد جيوه يا سوبليمه فاسدکننده ناميده مي شود.فرمول آن Hg Cl2 است بلورهاي سفيدي مي دهد که مي توان در اثر تصعيد کردن تصفيه کرد البته بسيار شديد سمي است.
اکسيد جيوه (II) Hg O_ به عنوان گند زدا و به نام رسوب سرخ ( Red Precipitate ) مصرف مي شود.سولفور تصعيد شده ي جيوه (Hg S (II به صورت جسم سرخ رنگي به نام شنگرف براي رنگ کردن کشتي ها به منظور جلوگيري از چسبيدن صدف ها به ديوار آنها به کار مي رود.
يك كمپلكس مجموعه اي است متشكل از يك اتم مركزي كه توسط چند آنيون يا مولكول احاطه شده و در آن ظرفيت اتم مركزي كه معمولا فلز واسطه است اكثرا از حالت متداول آن بيشتر است. مثلا حل شدن سولفات مس خشك (سفيد رنگ ) در آب محلول آبي خوش رنگ سولفات مس (II) توليد مي كند كه يك يون كمپلكس است. - CuSO4 + nH2 O ............> [Cu(H2 O)6 ]2+ + SO4 2
يون كمپلكس ايجاد شده عامل آبي شدن رنگ اين محلول و در واقع تمام محلول هاي نمكهاي مس (II)در آب مي باشد.گروه هاي متصل به اتم مركزي را كه معمولا انيون يا مولكول دو قطبي خنثي مي باشند ليگاند مي نامندو در اغلب موارد اين ليگاندها يك يا چند جفت الكترون به فلز مركزي مي دهند. از آنجاييكه مولكول آب قادر است مانند يك ليگاند عمل كند قرار گرفتن يك يون فلز واسطه (+Mn ) در آب به شرط نبود گروه هاي كئوردينه ي ديگر سبب تشكيل يون كمپلكس+M(H2 O)6 ]nمي شود.لذا براي تهيه ي برخي از كمپلكس ها مثل +Cu(NH3 )6 ]2واكنش بين فلز و ليگاند را بايد در محيط غير آبي انجام دادتا آب به صورت ليگاند وارد قشر كوئورديناسيون نشود. هم چنين موقع تهيه ي كمپلكسها در آب ليگاند ها به تدريج جايگزين مولكول هاي آب كئوردينه شده مي شوند مانند واكنش مقابل كه در شش مرحله صورت مي گيرد: Ni(H2 O)6 2+ + 6NH3 .............> Ni(NH3 )6 2+ علاوه بر كمپلكس هاي عادي يا كلاسيك نوع ديگري از كمپلكس ها نيز وجود دارند كه انها را تركيبات آلي فلزي مي نامند در اين كمپلكس ها حالت اكسايش فلز پايين (صفر يا +1 ) است و پيوند كربن فلز هم وجود دارد. هم چنين در كمپلكس هاي كلاسيك ليگاند ها معمولا دهنده ي جفت الكترون (دهنده ي ơ) و به مقدار جزئي گيرنده ي π هستند اما در تركيبات آلي فلزي ليگاند ها اغلب علاوه بر دهندگي الكترون گيرنده ي شديد π نيز مي باشند. در هر دو مورد اين تركيبات مي توانند خنثي كاتيوني يا انيوني باشند.از جمله كمپلكس هاي آلي فلزي فروسن است كه شامل دو حلقه ي سيكلوپنتن در بالا وپايين اتم اهن است. اولين تركيب آلي فلزي جداسازي شده نمك زايس است كه توسط زايس جداسازي شد. پايه گذار شيمي كوئورديناسيون مدرن آلفرد ورنر است او در سال 1866 در فرانسه متولد شد ورنر اولين مقاله ي خود را درباره ي اين موضوع در سال 1891 در سن 25 سالگي عرضه كرد و در سال 1913 جايزه ي نوبل شيمي را براي اين كار به وي اهدا شد.
تعداد ليگاند ها و يا در واقع تعداد اتم هاي دهنده ي الكترون متصل به فلز مركزي را عدد كئوديناسيون مي گويند كه يكي از ويژگيهاي يك كمپلكس است يعني اينكه مثلا اغلب كمپلكسهاي با عدد كئوردينه يكسان خواص مغناطيسي مشابهي را از خود نشان مي دهند.
خواص مغناطيسي كمپلكس هاي فلزي:
مغناطيس پذيري : اگر جسمي در يك ميدان مغناطيسي با قدرت H0 قرار گيرد القاء مغناطيسي B يا شار مغناطيسي در اين جسم از رابطه ي مقابل به دست مي آيد: B= H0 + 4πM در اين رابطه H0 قدرت ميدان مغناطيسي خارجي و Mشدت مغناطيس شدن در واحد حجم است.
ممان مغناطيسي : خواص مغناطيسي ماده از دو راه توسط الكترونها حاصل مي شود : يكي ناشي از حركت دوراني الكترون حول محور خود كه چون داراي بار منفي است از اين طريق مي تواند مغناطيس توليد كند (ممان اسپيني الكترون) و ديگري ناشي از حركت الكترون در مدار خود حول هسته (ممان اربيتالي الكترون).پس ممان مغناطيسي توليدي مواد حاصل اين دو خاصيت الكترون است.واحد ممان مغناطيسي بور مگنتون است يك بور مگنتونe ( BM)=eh̸4Πmc بار الكترون h ثابت پلانكmجرم الكترون و cسرعت نور است.
تركيب پارامغناطيس تركيبي است كه الكترون جفت نشده دارد سهم پارامغناطيسي در تاثير پذيري از بر هم كنش ممان هاي زاويه اي اسپيني و اربيتالي الكترونها با ميدان مغناطيسي خارجي ناشي مي شود.ممان مغناطيسي موثر براي يك سيستم پارامغناطيس با در نظر گرفتن ممانهاي زاويه اي اسپيني و اوربيتالي الكترونها از اين رابطه به دست مي آيد:( µ=√4S(S+1)+L(L+1 در اين رابطه Sعدد كوانتومي اسپين كل و L عدد كوانتومي اوربيتالي كل است.همه ي مواد با ميدان مغناطيسي بر هم كنش دارند و بر اساس نوع بر هم كنش با ميدان به چند دسته ي زير تقسيم مي شوند:
ديا مغناطيس : خاصيت ديا مغناطيسي در همه ي انواع ماده ديده مي شود و ناشي از حركت دوراني الكترونهاي جفت شده ي مولكول در اثر القاء ميدان مغناطيسي خارجي است. اين چرخش منجر به ايجاد يك ميدان مغناطيسي كوچك مخالف ميدان اعمال شده مي شود و به همين دليل مواد ديامغناطيس از ميدان مغناطيسي خارجي رانده مي شوند.
پارامغناطيس : خاصيت پارامغناطيسي از برهم كنش ممانهاي زاويه اي اسپيني و اوربيتالي الكترونهاي منفرد با ميدان مغناطيسي خارجي ناشي مي شود. اين دسته از مواد جذب ميدان مي شوندوبر خلاف اجسام فرومغناطيس با از بين رفتن ميدان خارجي خاصيت مغناطيسي خود را از دست مي دهند.
فرو مغناطيس : اين دسته از مواد به شدت جذب ميدان مغناطيسي مي شوند در اين دسته از مواد ممانهاي مغناطيسي ذرات مجاور با كمك ميدان مغناطيسي خارجي به طور موازي جهت گيري كرده و يك خاصيت مغناطيسي ماكروسكوپي را نشان مي دهند يعني اينكه در ماده فرومغناطيس حوزه هاي مغناطيسي وجود دارند كه در هر كدام اسپينها به طور موازي جهت گيري كرده اند در صورتي كه با اعمال ميدان خارجي اسپينهاي همه ي حوزه ها با هم موازي مي شوندچنانچه دما از مقدار معيني بالاتر رود انرژي گرمايي جهت گيري حوزه ها را به صورت تصادفي تغيير داده و ماده ي فرومغناطيس پارامغناطيس خواهد شد اين دما به دماي كوري Tc معروف است.
آنتي فرومغناطيس : اگر در حوزه هاي مغناطيسي اسپينها به طور غير موازي جهت گيري كرده باشند ممان مغناطيسي حوزه ها يكديگر را خنثي نموده و خاصيت آنتي فرومغناطيس مشاهده مي شود افزايش دما موجب برهم زدن جهت گيري هاي غير موازي در حوزه ها و افزايش خاصيت مغناطيسي مي شود و بالاتر از يك دماي معين كه به دماي نيل TN معروف است جسم به صورت پارامغناطيس عمل مي كند. يك ماده ي انتي فرومغناطيس در دماي نيل بيشترين خاصيت مغناطيسي را از خود نشان مي دهد.
به طور كلي از كاربردهاي مهم زئوليتها در سه بخش جذب شوينده ها و كاتاليزورهاست.از جمله مصارف جهاني زئوليتها در سه بخش كاربردي واحد صنعتي ٬ دو جداره كردن پنجره ها و به عنوان عامل اتصال دهنده ي آب در سيستم هاي پلي يورتان است.زئوليتها در اصل مواد الومينو سيليكاتي هستند كه داراي ساختار كريستالي مي باشند آلومينو فسفاتها و سيليكوآلومينو فسفاتها (SAPO) نيز با ساختار زئوليتي ساخته شده اند ولي هنوز از اهميت صنعتي برخوردار نيستند. شناسايي زئوليتها براي نخستين بار توسط كرونستد كاني شناس سوئدي صورت گرفت.
از لحاظ شيميايي زئوليتها به كمك نسبت Si/Al موجود در چارچوب آنيوني آنها از يكديگر متمايز مي شوند. اين نسبت بين يك و بي نهايت در زئوليت سيليكاليت (يك نوع اصلاح شده ي سيليكاي بلوري عاري از الومينيم ) متغير است.مقاومت اسيدي و پايداري گرمايي زئوليتها با افزايش نسبت Si/Al افزايش مي يابد.زئوليتها در ساختارهاي متعددي وجود دارند. واحدهاي پايه معمولا چهاروجهي هاي SiO4 و AlO4 هستند كه توسط اتمهاي اكسيژن اشتراكي به هم متصل شده اندماهيت زئوليتها از روي سيستم حفرات موجود در چارچوب آنها مشخص مي شود به طوري كه حجم اين حفرات مشخصه ي نوع زئوليت خواهد بود. اين حفرات توسط منافذي به هم مرتبط شده اند و قطر اين منافذ نيز نوع زئوليت را تعيين خواهد كرد.
زئوليتهاي طبيعي : حدود 40 نوع زئوليت در طبيعت شناخته شده است كه تعدادي از آنها از اهميت صنعتي برخوردارند.زئوليتهاي طبيعي نتيجه ي غير مستقيم فعاليتهاي آتشفشاني هستند و از طريق دگرگوني هيدروترمال بازالت ٬ خاكستر آتشفشاني و سنگ پا تشكيل مي شوند ( در حفرات بازالتي و در كانسارهاي رسوبي بزرگ يافت مي شوند.)
زئوليت به عنوان جذب كننده : مولكولهايي كه براي نفوذ به درون منافذ زئوليتها به قدر كافي كوچك هستند مي توانند شديدا به زئوليتها متصل شوند. اين مسئله به ويژه در مورد آب و ساير مولكولهاي قطبي و قطبش پذير كوچك صدق مي كند و اساس كاربرد اين مواد به عنوان خشك كننده يا تميز كننده براي گازهايي نظير گاز طبيعي يا هوا قبل از مايع شدن را تشكيل مي دهد. به علاوه از زئوليتها براي خارج نمودن اب از مدارهاي بسته ي مايع ( مثلا در واحدهاي منجمدسازي جهت جذب آب و جذب حلال باقي مانده در فضاي بين شيشه ي پنجره هاي دو جداره به منظور جلوگيري از چگالش ) نيز استفاده مي شود. زئوليتها به صورت صنعتي جهت خارج كردن دي اكسيد كربن ٬سولفيد هيدروژن ٬مركاپتانها و غيره از مخلوط گازي به كار ميرود. زئوليتها در ذخيره سازي گرما هم استفاده مي شودبه اين صورت كه در اثر جذب آب توسط زئوليتها هواي مرطوب گرم مي شود و به دنبال آن به كمك انرژي خورشيدي زئوليتها آب زدايي مي شوند.
زئوليت پاك كننده ي محيط زيست : زئوليتها مي توانند در محيط زندگي ابزيان آمونيم را كه وجود آن حتي در حد چند گرم در تن مسموميت زا مي باشد جذب كنند كه علاوه بر جذب آلودگي ها به تامين اكسيژن ماهي ها هم كمك كنند.
زئوليتها براي فرايندهاي جداسازي : در حفرات زئوليتها ميدانهاي الكتروستاتيكي شديد وجود دارد. به همين دليل نيتروژن كه قطبش پذير است در زئوليتها به مراتب مقيدتر از اكسيژن مي باشد. به كمك چرخه هاي چند مرحله اي جذب _واجذب تحت فشار امكان توليد هواي غني از اكسيژن وجود دارد كه مي تواند در تاسيسات فاضلاب يا فولاد كاري استفاده شود. زئوليتها مي توانند نقش غربال مولكولي داشته باشند مثلا مخلوطهاي n- و ايزوآلكانها مي توانند جداسازي شوند زيرا فقط n- آلكانها امكان نفوذ به داخل حفرات زئوليت را دارند.
زئوليتها به عنوان كاتاليزورها: فرايندهاي مهمي كه در آنها زئوليتها به عنوان كاتاليزور به كار برده مي شوند عبارتند از : 1) در ايزومريزاسيون n- آلكانها به ايزوالكانها جهت مقاصد سوختي. 2) در كراكينگ كاتاليزوري محصول تقطير نفت خام براي توليد سوخت. 3) در توليد سوختها آلكنها يا ارنها از متانول ٬ موم زدايي الكانها ٬ آلكيل دار كردن بنزن و تبديل آن به اتيل بنزن به كار برده مي شود.4) در هيروكراكينگ (تبديل برشهاي نفت خام به بنزين در حضور هيدروژن ) مورد استفاده قرار مي گيرد. زئوليت به عنوان كاتاليزور هيدروژن دار كردن حاوي پالاديوم يا پلاتين مي باشد.
از ديگر كاربردهاي زئوليت : مقادير زيادي از سنگ هاي زئوليت دار در كشورهاي مختلف تحت فراوري قرار مي گيرد و در توليد سيمانها ملاتها و بلوكهاي سبك ساختماني به كار برده مي شود. در ژاپن از زئوليتهاي طبيعي به عنوان پركننده در صنعت كاغذ استفاده مي گردد.