تستخدم المواد البلاستيكية بعدة طرق في بناء المنازل.

للبلاستيك خصائص مفيدة مثل مقاومة الماء ومقاومة التآكل والعزل الكهربائي والمتانة.

نحن هنا نستخدم المعنى الشائع لكلمة "بلاستيك": مادة صلبة اصطناعية قابلة للتشكيل.

من بين استخدامات البلاستيك في بناء المنازل ما يلي:

يتم تصنيعها بشكل متزايد من البلاستيك مثل PVC بدلاً من المعدن لأن PVC رخيص ومقاوم للتآكل وخفيف ومرن إلى حد ما.

يتم تصنيعها بشكل متزايد من البلاستيك مثل PEX لأن PEX رخيصة وقوية ومرنة.

تؤدي المرونة العالية نسبيًا لـ PEX إلى تحسين تدفق المياه وتركيب أسرع.

هذه هي القنوات التي تحمل أسلاك كهربائية مختلفة.

هذا هو حاجز الطقس الذي يتم وضعه خلف الجانب الخارجي للمنزل مباشرة ويعمل على منع المطر من الدخول إلى المنزل مع ترك بخار الماء بالخارج.

غالبًا ما يتم تشكيل انحياز البلاستيك مثل الفينيل ليبدو مثل اللوح الخشبي أو الألواح الخشبية.

يمكن أن يكون للأرضيات البلاستيكية مثل الفينيل أو الفورميكا مظهر البلاستيك التقليدي، أو يتم تصنيعها بشكل متزايد لتبدو وكأنها أرضيات من الخشب الصلب أو بلاط السيراميك.

بينما يتم استخدام البلاستيك في أدوار مختلفة في بناء المنازل كما هو مذكور أعلاه، فمن الصحيح أن البلاستيك النقي لا يستخدم للمكونات الهيكلية.

لا يتم استخدام البلاستيك النقي كعوارض، وألواح خشبية، ودعامات جدارية تحمل المنزل لعدة أسباب.

أولاً وقبل كل شيء، البلاستيك ببساطة ليس قويًا مثل الخشب أو المعدن أو الطوب.

أيضًا، يتشوه البلاستيك بشكل دائم تحت الضغط (يزحف)، ويصعب تثبيته وحفره ولفه أكثر من الخشب.

يمكن التغلب على العديد من هذه القيود الهيكلية عن طريق خلط البلاستيك بمواد أخرى لتشكيل مواد بناء مركبة.

إذا كانت المكونات الهيكلية لمنزلك مصنوعة من مواد مركبة، فهناك فرصة جيدة لأن يكون جزء كبير من منزلك مصنوعًا من البلاستيك.

لا يتم حفظ الكتلة في التفاعلات الكيميائية.

قانون الحفظ الأساسي للكون هو الحفاظ على كتلة الطاقة.

هذا يعني أن الكتلة الكلية والطاقة قبل التفاعل في نظام مغلق تساوي الكتلة الكلية والطاقة بعد التفاعل.

وفقًا لمعادلة أينشتاين الشهيرة، E = mc2، يمكن تحويل الكتلة إلى طاقة ويمكن تحويل الطاقة إلى كتلة.

هذه ليست عملية غريبة، ولكنها في الواقع تحدث في كل مرة يحدث فيها رد فعل.

لذلك لا يتم الحفاظ على الكتلة أبدًا لأن القليل منها يتحول إلى طاقة (أو القليل من الطاقة يتحول إلى كتلة) في كل تفاعل. لكن يتم الحفاظ على الكتلة + الطاقة دائمًا.

لا يمكن إنشاء الطاقة من لا شيء.

يمكن إنشاؤه فقط عن طريق تدمير الكمية المناسبة من الكتلة وفقًا لـ E = mc2.

بين الكتلة والطاقة، الطاقة هي الخاصية الأساسية.

في الواقع، يعتبر الفيزيائيون المعاصرون الكتلة شكلًا بديلًا للطاقة.

لهذا السبب ، لا يطلقون عليه عادة "قانون الحفاظ على الكتلة / الطاقة" بل يسمونه "قانون الحفاظ على الطاقة" مع الإيحاء بأن هذا البيان يتضمن الكتلة.

في التفاعلات النووية (التغييرات التي تطرأ على نواة الذرات)، هناك طاقة كافية يتم إطلاقها أو امتصاصها بحيث يكون التغيير في الكتلة مهمًا ويجب أن يؤخذ في الاعتبار.

على النقيض من ذلك، فإن التفاعلات الكيميائية (التغييرات في الإلكترونات في الذرات فقط) تطلق أو تمتص القليل جدًا من الطاقة مقارنة بالتفاعلات النووية، لذلك غالبًا ما يكون التغيير في كتلة النظام صغيرًا جدًا بحيث يمكن تجاهله.

كتقريب معقول فقط، غالبًا ما يتحدث الكيميائيون عن الحفاظ على الكتلة واستخدامها لموازنة المعادلات.

لكن بالمعنى الدقيق للكلمة، فإن التغيير في كتلة النظام أثناء تفاعل كيميائي، على الرغم من صغره، لا يصل أبدًا إلى الصفر.

إذا كان التغير في الكتلة صفرًا تمامًا، فلن يكون هناك مصدر للطاقة.

يحب الكيميائيون التحدث عن "الطاقة الكامنة الكيميائية" والتحدث كما لو أن الطاقة المنبعثة في التفاعل تأتي من الطاقة الكامنة.

لكن "الطاقة الكيميائية الكامنة" هي مجرد مصطلح قديم لما نعرفه الآن هو الكتلة.

في الأساس، عندما يقول الكيميائيون "الطاقة الكامنة" فإنهم يقصدون "الكتلة".

لا يوجد دلو من الطاقة الكامنة في الذرة يمكن للتفاعل أن يستمد منه.

هناك كتلة فقط.

إن فقدان (أو اكتساب) الكتلة أثناء جميع التفاعلات، سواء كانت كيميائية أو نووية، أمر مؤكد جيدًا وتم تأكيده تجريبيًا.

هناك أربعة أنواع عامة من التفاعلات الأساسية:

1- تكسر الروابط، التي تمتص الطاقة دائمًا وتزيد الكتلة.

2- تكوين الروابط التي تطلق الطاقة دائمًا وتنقص الكتلة.

3- تحول الروابط الموجودة وهو بالفعل إثارة النظام إلى حالات مختلفة (يمتص الطاقة دائمًا ويزيد الكتلة) وإزالة إثارة النظام إلى حالات مختلفة (يطلق دائمًا الطاقة ويقلل الكتلة).

4- تكوّن الجسيمات (يمتص الطاقة دائمًا ويزيد الكتلة) وإبادة الجزيئات (دائمًا ما يطلق الطاقة ويقلل من الكتلة).

لاحظ أنه عندما يمتص تفاعل كيميائي الطاقة، وبالتالي يكتسب كتلة، فإن الأمر لا يشبه تكوين الإلكترونات.

لا تنتج الكتلة الزائدة عن ظهور جزيئات جديدة.

بدلاً من ذلك، يتم الاحتفاظ بالكتلة الزائدة في النظام ككل.

اعتمادًا على موضع وحالة الجسيمات في نظام بالنسبة لبعضها البعض، يكتسب النظام أو يفقد الكتلة بالإضافة إلى الكتل الفردية للجسيمات.

هذا المفهوم مشابه جدًا للمفهوم الكلاسيكي للطاقة الكامنة، لكننا نعلم الآن أن الطاقة مخزنة بالفعل ككتلة.

إذا قمت بقياس كتلة مليوني ذرة هيدروجين ومليون ذرة أكسجين منفصلة عن بعضها باستخدام معدات حساسة للغاية، ثم قم بقياس كتلة مليون جزيء ماء، فستجد أن هذه الكتل مختلفة.

جوهر قلم الرصاص لا يحتوي على الرصاص أبدًا.

تحتوي أقلام الرصاص على شكل من أشكال الكربون الصلب المعروف باسم الجرافيت.

وفقًا لكتاب The Pencil الذي أعده هنري بتروسكي، تم تطوير قلم الجرافيت ونشره لأول مرة في القرن السابع عشر.

قام المستخدمون الأوائل للجرافيت ببساطة بحفر هذا المعدن من التلال واكتشفوا أنه يمكن نشره في العصي واستخدامه كأداة كتابة ممتازة.

خلال القرن السابع عشر الميلادي ، لم يعرف أحد الطبيعة الكيميائية لهذه المادة، حيث كانت الكيمياء نفسها لا تزال في مهدها.

نظرًا لأن مادة الكتابة هذه تتصرف بشكل مشابه للرصاص المعدني، ولكن لونها أغمق، بدأ الناس يطلقون عليها اسم "الرصاص الأسود".

في النهاية، تم اختصار اسم جوهر قلم الرصاص إلى "رصاص".

في عام 1779، قرر الكيميائي الألماني K.W.Sheele أخيرًا أن الرصاص يتكون من الكربون النقي.

بعد عقد من الزمان، قرر A.G Werner أن مادة الكربون هذه بحاجة إلى اسم جديد واقترح اسم "الجرافيت" بناءً على الكلمة اليونانية "graphein" والتي تعني "الكتابة".

تحتوي أقلام الرصاص السوداء حاليًا على الجرافيت واحتوائه دائمًا على الرصاص وليس الرصاص.

الكربون هو العنصر السادس في الجدول الدوري ويشتهر بتكوين العمود الفقري للجزيئات الموجودة في الوقود وجميع الكائنات الحية.

بصرف النظر عن الجزيئات البيولوجية، يمكن أيضًا العثور على الكربون في الطبيعة في شكل معدن نقي.

اعتمادًا على الأشكال التي ترتبط بها ذرات الكربون، يمكن أن يتخذ الكربون النقي أشكالًا عديدة.

في الماس، ترتبط كل ذرة كربون رباعي السطوح بأقرب أربع ذرات كربون.

هذا الترتيب المحكم من ذرات الكربون يجعل الماس أصعب مادة تحدث بشكل طبيعي على وجه الأرض.

في المقابل، يحتوي الجرافيت على كومة من صفائح الكربون.

يبلغ سمك كل لوح كربون ذرة واحدة ويتكون من شبكة سداسية من ذرات الكربون مرتبطة ببعضها البعض.

كل ذرة كربون في الصفيحة مرتبطة بأقرب ثلاث ذرات كربون.

ترتبط ذرات الكربون داخل الصفيحة ببعضها البعض بقوة، لكن الصفائح نفسها مرتبطة بشكل ضعيف جدًا.

نتيجة لذلك، من السهل جدًا أن تنزلق ورقة كربون واحدة من الجرافيت عبر الألواح الأخرى.

هذا الهيكل ذو الألواح الزلقة هو ما يجعل الجرافيت زيتيًا عند اللمس ويجعله مادة جيدة للكتابة بها.

تحك شظايا ورقة الكربون بسهولة قلب القلم الرصاص على الورق.

تجعل هذه الخاصية أيضًا مسحوق الجرافيت مادة تشحيم جاف مثالية.

عندما تنحني ورقة صغيرة من الجرافيت في دائرة وتتصل مرة أخرى بنفسها، يمكن أن تشكل أنبوبًا نانويًا كربونيًا، وهو كائن واعد يجب أن يجد تطبيقًا في التكنولوجيا المستقبلية.

الجليد في حد ذاته ليس زلقًا.

عندما تخطو على رصيف جليدي، فإنك تشعر بالفعل بسطح زلق.

لكن الانزلاق ناتج عن طبقة رقيقة من الماء السائل وليس مباشرة عن طريق الجليد الصلب نفسه.

الماء على سطح أملس زلق لأن الماء سائل منخفض اللزوجة.

على هذا النحو، لا توجد روابط جزيئية دائمة في الماء السائل، والروابط بين الجزيئات العابرة ضعيفة.

هذا يعني أن جزيئات الماء يمكنها التحرك بحرية، والانزلاق مع بعضها بسهولة، وملء أي ثقوب أو شقوق مجهرية من شأنها أن تعيق أي شيء.

لكن كيف يصل الماء إلى الجليد في المقام الأول؟

هذا سؤال يصعب الإجابة عليه.

لسنوات عديدة، اعتقد العلماء أن السبب هو الضغط.

عندما تضغط على الماء، فإنك بالفعل تخفض نقطة انصهاره.

في عام 1886، اقترح المهندس جون جولي أن وزن الشخص الذي يتزلج على الجليد يخلق ضغطًا كافيًا لخفض درجة انصهار الجليد إلى ما دون درجة الحرارة المحيطة، مما يتسبب في ذوبان الجليد إلى طبقة رقيقة من الماء تحت الزلاجات.

لكن هذا التفسير لا يصمد أمام التدقيق الدقيق.

بغض النظر عن مقدار الضغط الذي تمارسه، لا يمكنك خفض درجة انصهار الماء إلى أقل من -22 درجة مئوية.

ومع ذلك، فإن الجليد عند درجات حرارة أقل من هذا لا يزال يُظهر تكوين طبقة سائلة زلقة.

في حين أن الضغط يمكن أن يلعب دورًا، إلا أنه ليس التأثير المهيمن.

في عام 1939، اقترح فرانك ب. في حين أن الاحتكاك يسبب بالفعل حرارة، إلا أنه لا يولد حرارة كافية لإذابة الجليد عند درجة حرارة منخفضة للغاية.

ومع ذلك، لا يزال الجليد عند درجة حرارة منخفضة يشكل طبقة سائلة زلقة.

أيضًا، لا يمكن للتسخين الاحتكاكي أن يفسر سبب تشكل الطبقة الزلقة حتى لو كان الجسم ثابتًا تمامًا.

في حين أن التسخين الاحتكاكي يمكن أن يلعب دورًا في تقليل الاحتكاك للأجسام بسرعة عالية، إلا أنه ليس التأثير السائد.

لم يتم تحديد التفاصيل الدقيقة حول سبب تكوين الجليد لطبقة سائلة زلقة، حتى عند تطبيق القليل من الضغط أو الاحتكاك، حاليًا من قبل العلماء وهي مجال بحث مستمر.

وُجد أن الجليد يحتوي دائمًا على طبقة سائلة رفيعة على سطحه، حتى في درجة حرارة أقل من درجة التجمد، وحتى في حالة عدم ملامسته لأي أجسام.

وبالتالي، فإن تكوين طبقة سائلة سطحية هو خاصية للجليد بحد ذاته وليس خاصية للتفاعل مع جسم ما.

يبدو أن الطبقة السائلة تنشأ لأن جزيئات الماء الموجودة على السطح لها روابط كيميائية أقل من الكتلة، لذلك يمكنها امتصاص الاهتزازات الطبيعية بشكل أفضل.

في مقال نشر في مجلة Physics Today عام 2005، صرح روبرت روزنبرغ، أن "الهيكل الدوري ينهار [على السطح] وتتخذ الطبقات الجزيئية إعادة بناء غير متبلورة بشكل أكبر استجابةً لانخفاض عدد الروابط الكيميائية التي تثبت جزيئات السطح في مكانها.

تهتز الذرات الموجودة في السطح الخارجي بسعة أكبر كدالة لدرجة الحرارة من الذرات الموجودة في الشبكة الداخلية... يُعزى ذوبان السطح إلى تفاعل الحركة الاهتزازية لجزيئات السطح مع جزيئات الكتلة الداخلية."

تندمج الأشياء دائمًا بإصبعك عند لمسها.

غالبًا لا تلاحظ هذا لسببين:

1- إصبعك أقوى من الشيء الذي تلمسه.

عندما تبتعد، فإنك تمزق الذرات من الجسم وتبقى هذه الذرات ملتصقة بإصبعك كبقايا مجهرية.

2- إصبعك أقوى من الروابط التي تلتحم بالجسم.

عندما تبتعد، فإنك ببساطة تكسر الروابط التي تمسكك بالشيء.

إذا لاحظت هذا على الإطلاق، فستشعر به كشعور لزج عندما ترفع إصبعك عن مادة ما.

على المستوى الذري ، يحدث اندماج إصبعك بسبب الترابط الكيميائي.

هناك عدة أنواع مختلفة من الروابط الكيميائية:

- الرابطة التساهمية هي رابطة قوية جدًا بين الذرات ناتجة عن مشاركة الإلكترونات.

يحدث الترابط التساهمي إذا لمست مادة شديدة التفاعل.

المس إصبعك بحمض الهيدروكلوريك و "يندمج" إصبعك جيدًا مع الحمض، مما يتسبب في تلفه.

المس أنواعًا معينة من الغراء ، وتتسبب الرابطة التساهمية في اندماج الغراء بإصبعك.

اسحب إصبعك (إن أمكن) وسيظل بعض الغراء ملتصقًا بإصبعك.

- يحدث الترابط الأيوني بسبب إعطاء الإلكترونات وأخذها.

الرابطة الأيونية مسؤولة عن التصاق العديد من الأصماغ والدهانات.

- الرابطة الهيدروجينية هي عندما تنجذب ذرة هيدروجين عارية جزئيًا في جزيء إلى جزيء آخر (أو جزء آخر منه).

يحدث الترابط الهيدروجيني غالبًا بين الجزيئات في السوائل.

ضع إصبعك في الماء واسحبه للخارج.

إصبعك مبلل لأن بعض الماء يحتوي على الهيدروجين بإصبعك.

إذا لحست عمودًا معدنيًا في يوم بارد، فإن قوة اندماج الروابط الهيدروجينية تصبح واضحة جدًا.

- الترابط المعدني هو ما يحدث بين عدد كبير من الذرات المعدنية.

نظرًا لأن إصبعك ليس مصنوعًا من المعدن ، فإنه لا يرتبط بهذه الطريقة.

بدلاً من ذلك ، ستلتصق المعادن بإصبعك بطرق أخرى.

- الترابط الكهروستاتيكي السائب هو التصاق ثابت بين الجيوب الكبيرة من الشحنات الزائدة على سطح الأشياء.

عندما تلمس جوربًا بعيدًا عن المجفف ويلتصق بك ، فذلك لأنه قد ارتبط بك عن طريق الترابط الكهروستاتيكي.

- الترابط الميكانيكي هو ما يحدث عندما تتشابك مجموعات كبيرة من الجزيئات.

المس خطاف الصيد بحيث يمزق إصبعك ويلتصق بك ميكانيكيًا.

تستخدم العديد من الآلات روابط ميكانيكية (براغي، مزلاج، روابط) بحيث يمكن فكها بسهولة دون تغيير أو إتلاف المادة.

على المستوى الذري ، يرجع الارتباط الميكانيكي إلى التنافر الذري بين الجسمين المتشابكين ، مما يمنعهما من المرور عبر بعضهما البعض.

- يحدث ارتباط Van der Waals طوال الوقت ، ولكنه يكون أكثر أهمية عندما لا يتوفر أي من أنواع الترابط المذكورة أعلاه.

هذا الترابط ضعيف جدًا لذا لا تلاحظه غالبًا.

عندما تسحب Saran Wrap وتلتصق بيدك ، فإنها تفعل ذلك لأنها ارتبطت بك عبر قوات Van der Waals.

لاحظ أن الترابط يحدث على سطح الأشياء التي تلمسها.

بسبب هذه الحقيقة ، فإن فعل الارتباط بكل شيء تلمسه لا يغير من أنت حقًا.

إنه يجعل يديك متسخين فقط ، أو يزيل بعض خلايا الجلد الميتة ، أو يمنحك (أحيانًا غير محسوس) شعورًا لزجًا عند الانسحاب.

بالإضافة إلى ذلك ، في كل مرة تواجه فيها الاحتكاك ، تشعر بأن الترابط بينك وبين سطح الاحتكاك يؤدي إلى إبطائك.

تتضمن أمثلة الأشياء والمواد التي ستلتصق بيديك بقوة كافية لتلاحظها ما يلي:

- ماء.

- زبدة الفول السوداني.

- عسل.

- حليب.

- بيض.

- شراب الذرة.

- جيلي.

- فقط أي شيء سائل.

- بهارات (يمكنك في كثير من الأحيان شم رائحة البقايا على يديك حتى بعد الغسيل).

- صمغ.

- معجون.

- الايبوكسي.

- دهان مبلل.

- الراتنجات.

- شمع ذائب.

- أحماض قوية.

- قواعد قوية.

- القلويات الخام.

- الهالوجينات الخام.

- بالونات مشحونة إستاتيكياً.

- الجوارب المشحونة إستاتيكياً.

- شريط لاصق.

- ملصقات.

- ضغط الثلج على الأيدي الباردة المبللة.

- حلويات.

- التراب.

- طين.

- سوائل الجسم.

- قلم حبر.

- قلم رصاص الجرافيت.

- فحم.

- شظايا.

يحتوي كوكب أورانوس بالفعل على كمية كبيرة من الهيدروجين والميثان، وكلاهما من الغازات سريعة الاشتعال.

ومع ذلك، فإن حرق الميثان أو الهيدروجين يتطلب الأكسجين.

ببساطة، لا يوجد أكسجين مجاني على كوكب أورانوس.

على الأرض، نحن منغمسون في الأكسجين لدرجة أننا نميل إلى اعتباره أمرًا مفروغًا منه.

يبدو أن العديد من التفاعلات الكيميائية التي تتطلب الأكسجين تحدث تلقائيًا على الأرض: الصدأ المعدني، والغابات تشتعل، والشموع تحترق.

قد نميل إلى تجاهل دور الأكسجين في تفاعل كيميائي لأنه يبدو دائمًا موجودًا.

لكن الأكسجين ليس موجودًا دائمًا.

إذا وضعت المعدن في وعاء يحتوي على الأرجون فقط، فلن يصدأ.

إذا وضعت شمعة مضاءة في جرة بدون أكسجين، فسوف ينطفئ اللهب.

هناك شرح سهل يمكنك القيام به في المنزل لإقناع نفسك بهذه الحقيقة.

أحضر وعاءًا واملأه بحوالي ربع مليء بصودا الخبز والخل.

سوف تتفاعل صودا الخبز مع الخل، وتطلق غاز ثاني أكسيد الكربون الذي يملأ الوعاء ويدفع الأكسجين للخارج.

إذا كنت حريصًا على عدم إزعاج الوعاء، فإن ثاني أكسيد الكربون سيبقى في الوعاء ويبقي الأكسجين بعيدًا لأن ثاني أكسيد الكربون أثقل من الأكسجين.

الآن، أشعل عود ثقاب وحركه ببطء في الوعاء.

في اللحظة التي تصطدم فيها المباراة بالجيب غير المرئي لغاز ثاني أكسيد الكربون المستنفد للأكسجين في الوعاء، ستخرج على الفور.

هذا العرض التوضيحي البسيط يجعل دور الأكسجين في الاحتراق واضحًا.

الميثان هو المكون الرئيسي للغاز الطبيعي، والذي يستخدم كوقود في العديد من الأفران والأفران المنزلية.

تسرب الغاز المنزلي خطير للغاية لأن غاز الميثان شديد الانفجار.

ومع ذلك، فإن احتراق الميثان يتطلب الأكسجين.

لذلك، الميثان متفجر وقابل للاشتعال فقط طالما يوجد أكسجين أو عامل مؤكسد آخر موجود.

يتكون الميثان من أربع ذرات هيدروجين مرتبطة بشكل متماثل بذرة كربون مركزية.

عندما تحترق بالأكسجين، فإنها تنتج في الغالب ثاني أكسيد الكربون والماء وفقًا للصيغة:

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O + طاقة

الهيدروجين هو أبسط عنصر كيميائي، يحتوي على بروتون واحد وإلكترون واحد (وأحيانًا نيوترون أو اثنين).

في ظل الظروف القياسية، ترتبط ذرتان من الهيدروجين ببعضهما البعض لتشكيل جزيء الهيدروجين، H2.

في وجود الأكسجين، يكون الهيدروجين قابلاً للاشتعال بدرجة كبيرة، حيث يحترق لتكوين جزيئات الماء وفقًا للصيغة:

2 H2 + O2 → 2 H2O + طاقة

مثال على احتراق الهيدروجين هو محركات مكوك الفضاء الرئيسية.

احتوى الخزان الخارجي للمكوك الفضائي على خزانات عملاقة من الهيدروجين والأكسجين.

تم ضخ هذه المواد الكيميائية في المحركات الرئيسية حيث تم خلطها وحرقها، مما يوفر الدفع الذي ساعد في دفع مكوك الفضاء إلى الفضاء.

يحتوي الغلاف الجوي لكوكب أورانوس في الغالب على الهيدروجين والهيليوم والميثان.

ومن المثير للاهتمام أن الميثان الموجود في الغلاف الجوي هو ما يمنح أورانوس لونه الأزرق المميز.

نظرًا لأن أورانوس يحتوي فعليًا على نسبة صفر من الأكسجين الحر، فإن الهيدروجين والميثان في الغلاف الجوي لا يحترقان أو ينفجران.

لا تحتوي الذرات دائمًا على نفس عدد الإلكترونات والبروتونات، على الرغم من أن هذه الحالة شائعة.

عندما تحتوي الذرة على عدد متساوٍ من الإلكترونات والبروتونات، يكون لها عدد متساوٍ من الشحنات الكهربائية السالبة (الإلكترونات) والشحنات الكهربائية الموجبة (البروتونات).

وبالتالي، فإن إجمالي الشحنة الكهربائية للذرة يساوي صفرًا ويقال إن الذرة متعادلة.

في المقابل، عندما تفقد الذرة إلكترونًا أو تكتسبه (أو الحالة النادرة لفقدان أو اكتساب بروتون، الأمر الذي يتطلب تفاعلًا نوويًا)، فإن إجمالي الشحنات يصل إلى شيء آخر غير الصفر.

ثم يقال إن الذرة مشحونة كهربائيا، أو "مؤينة".

هناك فرق كبير بين الحالة المحايدة والحالة المتأينة.

في الحالة المحايدة، تمتلك الذرة القليل من الجاذبية الكهرومغناطيسية للذرات الأخرى.

لاحظ أن المجال الكهربائي للذرة المحايدة ضعيف، لكنه ليس صفرًا تمامًا لأن الذرة ليست جسيمًا نقطيًا.

إذا اقتربت ذرة أخرى بدرجة كافية من الذرة، فقد تبدأ في مشاركة الإلكترونات.

كيميائيًا، نقول إن الذرات شكلت روابط.

على عكس الذرات المحايدة، يكون المجال الناتج عن الذرة المتأينة قويًا، حتى على مسافات أكبر.

إن المجال الكهربائي القوي للأيونات يجعلها تنجذب بقوة إلى الذرات والجزيئات الأخرى، لدرجة أنها شديدة التفاعل كيميائيًا.

يمكن أن تكون الذرات المتأينة عبارة عن جذور حرة، وهي ذرات ذات رابطة متدلية شديدة التفاعل.

في جسم الإنسان، يمكن أن تتفاعل الجذور الحرة مع الحمض النووي، مما يؤدي إلى حدوث طفرات وربما السرطان.

تتأين الذرات عندما يقطع ضوء مع طاقة كافية بعض إلكتروناتها.

فقط موجات الضوء على ترددات الأشعة السينية وأشعة جاما لديها طاقة كافية لتأين الذرات وبالتالي تؤدي إلى الإصابة بالسرطان.

القوة المسببة للسرطان من ترددات معينة فقط هي السبب في أنه يمكنك استخدام هاتفك الخلوي بقدر ما تريد، ولكن يمكنك فقط التقاط صورة بالأشعة السينية في مناسبات نادرة.

تحدث الجذور الحرة بشكل طبيعي في جسمك.

تصبح خطرة فقط عندما يكون هناك المزيد من الجذور الحرة التي يمكن لجسمك التعامل معها.

لكن ليست كل الأيونات في الجسم سيئة.

بسبب الطبيعة المشحونة للأيونات، يستخدمها جسم الإنسان لتمرير الإشارات الكهربائية عبر الأعصاب.

يستخدم الجسم أيضًا الأيونات للتحكم في مستويات السوائل وضغط الدم.

أكثر الأيونات استخدامًا في جسم الإنسان هي الصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم والمغنيسيوم والكلوريد.

تتشكل الأيونات أيضًا عندما تقوم بشحن جسم كهربائيًا، كما هو الحال عند فرك بالون على شعرك.

لهذا السبب، يمكن اعتبار آلة تجفيف الملابس الخاصة بك بمثابة صانع أيون.

مع احتكاك الملابس ببعضها البعض في الجهاز، تتناثر الإلكترونات من ذرة إلى أخرى.

والنتيجة هي التشبث الثابت المألوف.

تقوم الكهرباء والمجالات الكهربائية القوية بعمل جيد في تكوين الأيونات (فكر في البرق).

عادةً ما تكون الحالة المحايدة للذرة هي التكوين الأكثر استقرارًا (ما لم تعقد الروابط الجزيئية والبيئة الكيميائية الصورة)، لذلك تميل الأيونات إلى التفريغ والعودة إلى حالتها المحايدة بمرور الوقت.

والسبب في ذلك هو أن الذرة، كأيون، لها مجال كهربائي قوي يجذب الإلكترون المطلوب أو الذرة اللازمة لأخذ إلكترونها الإضافي.

ولكن بمجرد أن تصبح الذرة محايدة، يصبح لديها عدد متساوٍ من الإلكترونات والبروتونات، وليس لديها مجال قوي جدًا، وبالتالي فإن احتمال تغيرها ضئيل.

لا يوجد سوى قوة واحدة مهمة في التفاعلات الكيميائية: القوة الكهرومغناطيسية.

هناك أربع قوى أساسية في الكون: الجاذبية، والقوة الكهرومغناطيسية، والقوة النووية الضعيفة، والقوة النووية الشديدة.

الجاذبية أضعف من أن تؤثر على التفاعلات الكيميائية كثيرًا، نظرًا لأن التفاعلات الكيميائية تنطوي على إعادة ترتيب الذرات الصغيرة.

كما أن القوى النووية لا تلعب دورًا في التفاعلات الكيميائية.

إذا دخلت قوة نووية، فأنت تتعامل مع تفاعل نووي وليس تفاعل كيميائي.

كل وجه من جوانب الكيمياء هو نتيجة لقوة واحدة: القوة الكهرومغناطيسية.

ومع ذلك ، نظرًا لطبيعة الموجة الكمومية للجسيمات ، يمكن أن تتخذ هذه القوة أشكالًا عديدة.

بالمعنى الدقيق للكلمة، كل مظهر من مظاهر القوة الكهرومغناطيسية فريد من نوعه، لأنه يعتمد بشكل أساسي على ترتيب الذرات، وحالة إلكتروناتها، ودرجة حرارتها، وما إلى ذلك.

لتعزيز الفهم الأفضل، يضع الكيميائيون الأشكال المختلفة للقوة الكهرومغناطيسية في فئات واسعة:

القوة الكهرومغناطيسية الملزمة التي تنشأ بين الذرات عندما تشترك في الإلكترونات عن كثب بطريقة متساوية تقريبًا.

القوة الكهرومغناطيسية الملزمة التي تنشأ بين الذرات وإلكترونات التوصيل غير المحددة للمعدن.

القوة الكهرومغناطيسية الملزمة التي تنشأ بين الذرات المتأينة بشكل معاكس (تحتوي إحدى الذرات على شحنة سالبة صافية والأخرى لها شحنة موجبة صافية).

القوة الكهرومغناطيسية الملزمة التي تنشأ بين الجزيئات بسبب انجذاب ثنائي القطب الكهربائي الدائم أو المستحث إلى ذرة بشحنة كهربائية صافية.

القوة الكهرومغناطيسية الملزمة التي تنشأ بين الجزيئات بسبب ثنائيات أقطابها الكهربائية الدائمة.

حالة خاصة من الرابطة ثنائية القطب عندما يكون الهيدروجين متورطًا، مما يجعل الرابطة قوية بشكل غير عادي.

حالة خاصة ضعيفة من الرابطة ثنائية القطب عندما تكون الجزيئات تدور ولا يتم تثبيتها في مكانها.

القوة الكهرومغناطيسية الملزمة التي تنشأ بين جزيء له ثنائي أقطاب كهربائي دائم وجزيء بدون ثنائي أقطاب كهربائي دائم، ولكن مع جزيء مستحث.

القوة الكهرومغناطيسية الملزمة التي تنشأ بين جزيئين بدون ثنائيات أقطاب كهربائية دائمة بسبب الحث المتبادل القصير لثنائيات الأقطاب.

لماذا تعتبر البلورات نادرة الوجود؟

البلورات في الواقع شائعة جدًا.

ألقِ نظرة حولك عندما تجلس لتناول العشاء.

السكين المعدني من الكريستال، وكذلك ملاعقك وشوكك وأوعية التقديم المعدنية.

الثلج الموجود في الكوب من الكريستال، كما هو الحال مع الملح الموجود في الخلاط.

الأطباق والأوعية الخزفية الخاصة بك هي أيضًا بلورات.

ومن المثير للاهتمام، أن أكواب النبيذ "الكريستالية" الخاصة بك هي في الواقع واحدة من العناصر القليلة في منزلك التي ليست من الكريستال.

بالنظر إلى المطبخ، ترى ثلاجتك المعدنية، وحوضك المعدني، وأسطح منضدة الجرانيت، وأرضيتك المبلطة، والجدران الجصية، والأدوات الإلكترونية الخاصة بك - كلها من الكريستال.

في الواقع، بصرف النظر عن الزجاج والمواد العضوية مثل الخشب أو القطن أو الخيزران، فإن جميع المواد الصلبة تقريبًا من الكريستال.

حتى أن هناك بعض السوائل الكريستالية، مثل تلك الموجودة في شاشة iPod.

في العلم، تصف كلمة "بلورة" مادة لها ترتيب مكاني مرتب لجزيئاتها.

على سبيل المثال، تصطف جزيئات الملح في أعمدة وصفوف مستقيمة عند تكوين بلورة ملح.

تقريبا جميع المعادن والسيراميك والأملاح والصخور وأشباه الموصلات تشكل بلورات عندما تكون في الحالة الصلبة.

من ناحية أخرى، فإن جزيئات الزجاج موزعة بشكل عشوائي.

المواد العضوية مثل الخشب والقطن لها هياكل بيولوجية معقدة للغاية على المستوى الجزيئي، وبالتالي لا تحتوي على أنماط التكرار البسيطة المميزة للبلورات.

لكن الجزيئات العضوية البسيطة، مثل السكر، تشكل بلورات إذا كانت مركزة ومتصلبة.

تستخدم كلمة "كريستال" في الثقافة الشعبية للإشارة إلى شيء يجب وصفه بدقة أكبر بأنه "بلور جميل".

الفرق الوحيد بين قطرات الكوارتز المعلقة من الثريات باهظة الثمن والرمال الملقاة في الشوارع هو أن قطرات الثريا كبيرة ونقية بما يكفي لتكون جميلة.

كلاهما مصنوع من بلورات ثاني أكسيد السيليكون.

عندما يقول الشخص العادي كلمة "كريستال"، فإن ذلك يعني "بلور جميل".

لسوء الحظ، أدى هوس المجتمع بأجمل أمثلة الكريستال إلى الاعتقاد بأن البلورات الجميلة هي فقط من الكريستال.

محاولة إخبار صديق أن الأسلاك النحاسية في سلك المصباح الخاص بها هي مثل الكريستال تمامًا مثل الماس الموجود في إصبعها قد يحدق بالكفر لأن الأسلاك النحاسية ليست جميلة.

أدى هذا الانبهار بجمال بعض البلورات إلى الإيمان بقوة الشفاء من البلورات.

إن الاعتقاد بأن البلورات يمكن أن تمنح الإنسان طاقة أو قوة شفائية هو اعتقاد غير منطقي وغير علمي.

إذا كانت قطعة الكالسيت المتلألئة في يدك يمكن أن تشفيك لأنها بلورة، فإن الثلاجة أو الحوض أيضًا يمكن أن تشفيك لأنها بلورات أيضًا.

إذا كانت أحجار الكوارتز الجميلة يمكن أن تمنحك الطاقة، فبإمكان الرمال التي تستخدمها لتنظيف انسكاب الزيت في المرآب.

كلاهما مصنوع من نفس الشيء بالضبط: ثاني أكسيد السيليكون المتبلور.

أجرى عالم النفس كريستوفر فرينش العديد من التجارب الخاضعة للرقابة باستخدام بلورات جميلة حيث وجد أنها لا تملك أي قوة علاجية أو تأثير للطاقة على الإطلاق.

استخدم بلورات جميلة حقيقية ونسخًا زائفة مصنوعة من الزجاج العادي.

ثم أعطى هذه العناصر للعديد من المؤمنين وغير المؤمنين في العلاج بالبلور لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم التمييز بين البلورات الحقيقية والمزيفة.

إذا كانت البلورات تنبعث من الطاقة البشرية، فيجب أن يكون الناس قادرين على اكتشاف العناصر الحقيقية من المزيف عن طريق استشعار هذه الطاقة.

وجد الدكتور فرينش أن كلا المجموعتين من الناس لا يمكن أن تفعل أفضل من فرصة عشوائية للكشف عن البلورات الحقيقية من المنتجات المقلدة.

كما يجب أن يكون واضحًا الآن، فإن البلورات ليست نادرة.

لكن يبدو أن البلورات الجميلة نادرة.

لماذا؟

الجواب ذو شقين: تعرية وتكوين مختلط.

للرياح والأمطار وتدفق المياه طريقة للطرق والاختلاط حول الأشياء الموجودة هنا على الأرض.

يتسبب هذا التآكل في تفكك بلورات كبيرة مثل جمشت بحجم كف اليد إلى بلورات صغيرة.

والنتيجة هي الرمل والطمي والطين.

الأرض مغطاة بالرمل والطمي والطين بدلاً من أن تكون مغطاة ببلورات عملاقة ذات جودة الأحجار الكريمة جزئياً بسبب التآكل.

أيضًا، عندما تتشكل الصخور داخل الأرض، فإن التركيب المختلط يعني أن بلورات إحدى المواد تعترض طريق بلورات مادة أخرى أثناء تكونها.

نتيجة لذلك، تصبح البلورات صغيرة.

على سبيل المثال، الجرانيت الصلب عبارة عن خليط من بلورات الكوارتز والميكا والفلسبار الصغيرة.

بقع الحبوب التي تراها في الجرانيت هي البلورات الفردية.

تحتوي جميع كريمات الوقاية من الشمس على مواد كيميائية.

كل شيء في الكون يحتوي على ذرات هو بالتعريف مادة كيميائية أو خليط من المواد الكيميائية.

الماء مادة كيميائية. الملح والذهب والأكسجين هي أيضًا مواد كيميائية.

الكيانات المادية الوحيدة التي ليست مواد كيميائية هي الجسيمات الأساسية غير المقيدة، والتي تُعرف باسم "الإشعاع".

يشمل الإشعاع الضوء (تيارات الفوتونات) وأشعة الكاثود (تدفقات الإلكترونات) وأشعة بيتا (تدفقات البوزيترونات أو الإلكترونات) والإشعاع النيوتروني (تيارات النيوترونات) والأشعة الكونية (تيارات البروتونات).

بصرف النظر عن الإشعاع والكيانات غير المادية مثل الحب والكراهية، فإن كل شيء آخر في الكون هو مادة كيميائية أو مجموعة من المواد الكيميائية.

حتى الواقي من الشمس الذي يحتوي على الماء النقي فقط ليس خاليًا من المواد الكيميائية لأن الماء مادة كيميائية.

المنتج الاستهلاكي الذي يعلن عن نفسه على أنه "خالي من المواد الكيميائية" يكذب بشكل قاطع (ما لم تحتوي الزجاجة على إشعاع نقي، وهو أمر غير محتمل لأن الإشعاع من الصعب حصره في زجاجة دون تدميرها بسرعة).

في الثقافة الشعبية، غالبًا ما تستخدم كلمة "مادة كيميائية" كاختصار لكلمة "مادة كيميائية خطرة" أو "مادة كيميائية من صنع الإنسان".

لكن تصنيف مادة كيميائية على أنها خطيرة أمر شخصي للغاية ومضلل.

قلة من الناس يصفون الماء بأنه مادة كيميائية خطيرة، ومع ذلك فإن الماء يمكن أن يقتلك إذا شربت أكثر من اللازم.

تعرف جينيت كيلباك هذا جيدًا.

تقضي جينيت عقوبة بالسجن لقتل ابنتها بإجبارها على شرب الكثير من الماء.

يعتبر الكثير من الناس حمض الهيدروكلوريك مادة كيميائية خطرة، ومع ذلك فإن المعدة البشرية تنتج بشكل طبيعي حمض الهيدروكلوريك لأغراض مفيدة.

ما يجعل مادة كيميائية خطرة هو تركيزها، وليس مجرد تفاعلها.

وبالمثل، فإن عبارة "مادة كيميائية من صنع الإنسان" ذاتية ومضللة.

عينة نقية من كلوريد الصوديوم (NaCl) مستخرجة من منجم ملح وعينة نقية من كلوريد الصوديوم المصنعة في المختبر متطابقة تمامًا من جميع النواحي.

الذرات ليس لها ذكريات أو ولادة.

يتصرف كلوريد الصوديوم النقي ويتفاعل بنفس الطريقة تمامًا بغض النظر عن مصدره.

ولذلك فإن التسمية "من صنع الإنسان" لا معنى لها عند تطبيقها على المواد الكيميائية الموجودة أيضًا في الطبيعة.

ربما عندما يقول الناس "مادة كيميائية من صنع الإنسان"، فإنهم يقصدون "مادة كيميائية غير نقية".

إذا كان هذا هو مضمونهم ، فإنهم يعيدونه بالضبط إلى الوراء.

تميل المواد الكيميائية التي يتم إنشاؤها في المختبر إلى أن تكون أكثر نقاءً من نفس المواد الكيميائية الموجودة في الطبيعة.

هذا هو أحد الدوافع الدافعة لمعالجة المواد الكيميائية في المختبر.

ملح الطعام المكرر، مثل الذي تشتريه من متجر البقالة، أنظف وأنقى بكثير من الملح المجرف مباشرة من منجم الملح.

دعونا نعود إلى السؤال الأصلي ونعيد صياغته على النحو التالي، "أي واقيات الشمس هي الأكثر صحة؟".

الجواب هو: أيهما يحجب أشعة الشمس فوق البنفسجية بنجاح وفي نفس الوقت يحتوي على أقل تركيز من المواد الكيميائية شديدة التفاعل مثل PABA.

للحصول على إجابة أكثر تحديدًا من ذلك، يجب عليك تحليل كل واقي من الشمس تم إنتاجه على الإطلاق، ومكوناته، وتفاعل مكوناته، وتركيز مكوناته.

مثل هذا المشروع يقع خارج مواردي. إذا كنت فضوليًا، فإن إدارة الغذاء والدواء (FDA) تفعل هذا الشيء بالذات.

تعتمد الإجابة على هذا السؤال حقًا على وضعك.

دعنا نطرح السؤال بشكل أكثر تحديدًا: لدينا حمولة نظيفة ومبللة من الغسيل تم غسلها للتو.

نريد تجفيف الملابس في أسرع وقت ممكن ولكن لدينا فقط خيار تعليق الملابس حتى تجف.

هل سيكون من الأسرع تجفيف الملابس بتعليقها بالداخل أو بالخارج؟

قبل أن نتمكن من فهم إجابة هذا السؤال، نحتاج إلى مراجعة الأساسيات.

عندما يجف جسم مبلل، فذلك لأن الماء السائل الموجود على الجسم يتبخر إلى بخار الماء وينتشر في الهواء.

على المستوى الجزيئي، يتكون رطوبة الجسم من العديد من جزيئات الماء غير المتماسكة وغير المترابطة ببعضها البعض في شكل سائل ، بالإضافة إلى أنها مرتبطة بالجسم.

يتكون التجفيف من جزيئات الماء المنفردة التي تتحرر من روابطها مع بعضها البعض ومع الجسم، ثم تطير في الهواء.

لذلك يتم تحديد السرعة التي يجف بها الجسم الرطب من خلال معدل التبخر الصافي للماء السائل على الجسم.

بشكل عام ، يتأثر معدل تجفيف جسم مبلل معين بثلاثة عوامل رئيسية: درجة حرارة الماء السائل على الجسم، وتركيز جزيئات الماء في الهواء المحيط، ومعدل تدفق الهواء.

كما تعلم، يغلي الماء السائل ويشكل بخار الماء عندما تكون درجة حرارته عالية بما يكفي لكسر الروابط الجزيئية التي تربط جزيئات الماء ببعضها البعض.

ومع ذلك، حتى عندما تكون درجة حرارة الماء أقل من نقطة الغليان، فإن بعض جزيئات الماء في السائل تنفصل في الهواء وتتحول إلى بخار ماء.

كيف يكون هذا ممكنا؟

المفتاح هو أنه ليس كل جزيء ماء في الماء السائل له نفس الطاقة.

لا تخبرنا درجة حرارة كوب من الماء السائل بالطاقة الدقيقة لكل جزيء على حدة.

بدلاً من ذلك، تعطينا درجة الحرارة فكرة عن متوسط ​​الطاقة لجميع الجزيئات.

بسبب الطبيعة العشوائية المتصاعدة للحركة الحرارية، فإن بعض الجزيئات في كوب من الماء ينتهي بها الأمر بطاقة أكبر بكثير من المتوسط، وينتهي الأمر ببعض الجزيئات بطاقة أقل من المتوسط.

غالبًا ما تمتلك الجزيئات التي تحتوي على طاقة أكبر من المتوسط ​​طاقة كافية لتحرر روابطها الجزيئية ذات الحالة السائلة وتنطلق بحرية في الهواء.

بهذه الطريقة، سوف تتبخر دائمًا كمية من جزيئات الماء من سطح الماء السائل، بغض النظر عن درجة حرارة الماء السائل.

كلما ارتفعت درجة حرارة الماء السائل، زاد عدد الجزيئات الموجودة في الطرف الأعلى من التوزيع مع طاقة كافية لتبخر.

لذلك ، كلما زادت درجة حرارة الجسم، زادت سرعة جفافه، حتى لو كانت درجة حرارته أقل من درجة غليان الماء.

الآن دعنا نطبق هذه المفاهيم على ملابسنا المبللة.

هناك شيئان شائعان يمكنهما تسخين الملابس المعلقة وبالتالي تجفيفها بشكل أسرع: الهواء الساخن المحيط والضوء.

على قدم المساواة، ستجف الملابس المبللة المعلقة في يوم حار بشكل أسرع بكثير من الملابس المبللة المعلقة في يوم بارد.

وبالمثل ، فإن الملابس المبللة المعلقة في ضوء الشمس ستجف أسرع بكثير من الملابس المبللة المعلقة في الظلام.

الآن تصبح القصة أكثر تعقيدًا.

لا تترك جزيئات الماء سطح الماء السائل وتنطلق في الهواء فحسب، بل تصطدم جزيئات الماء الموجودة في الهواء أيضًا بالماء السائل وتلتصق به.

إذا انضمت جزيئات الماء إلى الماء السائل بالسرعة التي تغادر بها، فلن يجف الجسم أبدًا.

في الواقع، إذا انضمت جزيئات الماء إلى الماء السائل أسرع من مغادرتها، فسيصبح الجسم أكثر بللًا بمرور الوقت وليس أقل! من أجل الحصول على جسم ما يجف بسرعة، نريد أن تتحرر الكثير من جزيئات الماء في الماء السائل وتنطلق في الهواء، بينما في الوقت نفسه، نريد القليل جدًا من جزيئات الماء في الهواء لتتكثف على الماء السائل.

للتجفيف السريع، نريد بالتالي أن يحتوي الهواء المحيط على تركيز منخفض من جزيئات الماء.

يُطلق على تركيز جزيئات الماء في الهواء اسم "الرطوبة".

كلما زادت رطوبة الهواء المحيط، كلما كان الجسم الرطب أبطأ.

بالعودة إلى ملابسنا المبللة المعلقة حتى تجف، ستجف بسرعة أكبر في غرفة بها هواء جاف مقارنة بغرفة بها هواء رطب.

إذا كنت تعيش في منطقة من العالم حيث الهواء الخارجي رطب جدًا (مثل غابة مطيرة استوائية)، فمن المحتمل أن يكون الهواء الداخلي أقل رطوبة من الهواء الخارجي.

في هذه الحالة ، تجف الملابس بشكل عام في الداخل بسرعة أكبر من الخارج.

من ناحية أخرى ، إذا كنت تعيش في منطقة من العالم يكون فيها الهواء الخارجي جافًا جدًا (مثل الصحراء)، فمن المحتمل أن يكون الهواء الخارجي أقل رطوبة وأن الملابس ستجف بسرعة أكبر في الخارج.

في معظم المناطق الواقعة بين هذين الطرفين، تختلف الرطوبة في الهواء الطلق بشكل كبير على مدار العام، وحتى من يوم لآخر.

إن كسر الروابط الكيميائية لا يطلق الطاقة أبدًا إلى البيئة الخارجية.

يتم إطلاق الطاقة فقط عند تكوين روابط كيميائية.

بشكل عام، يتضمن التفاعل الكيميائي خطوتين:

1- الروابط الكيميائية الأصلية بين الذرات مكسورة، و

2- يتم تشكيل روابط جديدة.

يتم أحيانًا تجميع هاتين الخطوتين في حدث واحد من أجل التبسيط، لكنهما في الحقيقة حدثان منفصلان.

على سبيل المثال، عندما تحرق الميثان (الغاز الطبيعي) في موقدك، يتفاعل الميثان مع الأكسجين لتكوين ثاني أكسيد الكربون والماء.

غالبًا ما يكتب الكيميائيون هذا على النحو التالي:

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O + طاقة

تلخص هذه المعادلة الكيميائية المتوازنة التفاعل الكيميائي المتضمن في احتراق الميثان.

المواد المتفاعلة على اليسار، والنواتج على اليمين، والسهم يمثل لحظة حدوث التفاعل.

ولكن هناك الكثير من الأشياء الممتعة التي تحدث مخفية خلف هذا السهم.

ستبدو المعادلة الأكثر تفصيلاً كما يلي:

CH4 + 2 O2 + القليل من الطاقة →

C + 4 H + 4 O →

CO2 + 2 H2O + الكثير من الطاقة

يحتوي السطر الأول من المعادلة على المواد المتفاعلة الأصلية: جزيئات الميثان وجزيئات الأكسجين.

يمثل السهم الأول كسر الروابط التي تتطلب طاقة.

في الخط الأوسط توجد الذرات، التي تكسرت الآن من الجزيئات وحرة في التفاعل.

يمثل السهم الثاني تشكيل روابط جديدة.

في السطر الأخير المنتجات النهائية.

يتطلب الأمر القليل من الطاقة، مثل الشرارة من المشعل في موقدك، لبدء التفاعل.

وذلك لأن الروابط يجب أن تنكسر قبل أن تتشكل الذرات إلى روابط جديدة، ودائمًا ما يتطلب الأمر طاقة لكسر الروابط.

بمجرد بدء التفاعل، تصبح الطاقة الناتجة من جزيء الميثان المحترق هي الطاقة المدخلة للجزيء التالي.

يتم استخدام بعض الطاقة المنبعثة من كل رابطة تتشكل في صنع ثاني أكسيد الكربون والماء لكسر المزيد من الروابط في جزيئات الميثان والأكسجين.

بهذه الطريقة، يصبح التفاعل مستدامًا ذاتيًا (طالما استمر توفير الميثان والأكسجين).

يمكن إطفاء الشاعل. إذا كان كسر الروابط لا يتطلب طاقة ، فلن يحتاج الوقود إلى جهاز إشعال لبدء الاحتراق.

ستبدأ فقط في حرق نفسها.

يشهد وجود شمعات الإشعال في سيارتك على حقيقة أن كسر الروابط الكيميائية يتطلب طاقة.

لاحظ أن احتراق الميثان يتضمن في الواقع العديد من الخطوات الأصغر، لذلك يمكن توسيع المعادلة أعلاه إلى مزيد من التفاصيل.

غالبًا ما يتحدث علماء الأحياء عن الطاقة التي يتم توفيرها عن طريق تكسير السكر، مما يعني أن تكسير الروابط الكيميائية في جزيئات السكر يطلق الطاقة.

ومع ذلك، نتعلم في الكيمياء أن الطاقة تنطلق، ليس عندما تنكسر الروابط الكيميائية، ولكن عندما تتشكل. في الواقع، يوفر التنفس الطاقة، ليس عن طريق كسر الروابط في الركيزة ، ولكن عن طريق تكوين روابط قوية في المنتجات.

ومع ذلك، فإن النتيجة الإجمالية للعملية هي إنتاج الطاقة ، وبهذا المعنى يتحدث علماء الأحياء عن انهيار السكر الذي يعطي الطاقة.

إجمالي مدخلات أو مخرجات الطاقة للتفاعل يساوي الطاقة المنبعثة في تكوين روابط جديدة مطروحًا منها الطاقة المستخدمة في كسر الروابط الأصلية.

إذا كان كسر الروابط الأصلية يتطلب طاقة أكبر من الطاقة التي يتم تحريرها عند تكوين الروابط الجديدة، فإن صافي طاقة التفاعل يكون سالبًا.

هذا يعني أنه يجب ضخ الطاقة في النظام للحفاظ على استمرار التفاعل.

تُعرف ردود الفعل هذه باسم ماص للحرارة.

إذا استهلكت طاقة أقل لكسر الروابط الأصلية من تلك التي تم إطلاقها عند تكوين روابط جديدة ، فإن صافي طاقة التفاعل يكون موجبًا.

هذه الحقيقة تعني أن الطاقة سوف تتدفق خارج النظام مع استمرار التفاعل.

تعني هذه الحقيقة أيضًا أن التفاعل يمكن أن يستمر من تلقاء نفسه دون أي طاقة خارجية بمجرد أن يبدأ.

تُعرف ردود الفعل هذه بأنها طاردة للحرارة.

يمكن أيضًا أن تستمر التفاعلات الماصة للحرارة من تلقاء نفسها إذا كانت هناك طاقة خارجية كافية في شكل حرارة محيطة ليتم امتصاصها.

تميل التفاعلات الطاردة للحرارة إلى تسخين البيئة المحيطة بينما تميل التفاعلات الماصة للحرارة إلى تبريدها.

يعتبر حرق الوقود طاردًا للحرارة نظرًا لوجود إطلاق صافٍ للطاقة.

يعد طهي البيضة ماصًا للحرارة نظرًا لوجود كمية صافية من الطاقة لجعل البيض مطبوخًا.

خلاصة القول هي أن كلاً من التفاعلات الماصة للحرارة والطاردة للحرارة تنطوي على كسر الروابط، وبالتالي يتطلب كلاهما طاقة للبدء.

أقلام التظليل الفلورية ساطعة جدًا لأنها فلورية حرفياً.

عند استخدامها لوصف أقلام التظليل، فإن كلمة "فلورسنت" ليست مصطلحًا غامضًا يعني "أكثر سطوعًا".

بدلاً من ذلك، هذه الكلمة هي مصطلح علمي دقيق يشير إلى أن حبر قلم التظليل يُظهر التألق.

الإسفار هو ظاهرة تمتص فيها مادة ما ضوءًا من لون معين ثم تنبعث منها ضوءًا بلون مختلف بطول موجي أطول.

أكثر أنواع التألق اللافت للنظر يتضمن امتصاص الأشعة فوق البنفسجية (التي لا يستطيع الإنسان رؤيتها) والانبعاث اللاحق للضوء في الطيف المرئي (الذي يمكن للبشر رؤيته).

نظرًا لأن البشر لا يستطيعون رؤية الضوء فوق البنفسجي الأصلي، فإن الجسم الفلوري يبدو وكأنه يتوهج بشكل غامض من تلقاء نفسه عندما يضيء فقط بالأشعة فوق البنفسجية في غرفة مظلمة.

لهذا السبب ، يمكن للأضواء فوق البنفسجية والمواد الفلورية أن تضيف مظهرًا مثيرًا للاهتمام للغرف المظلمة في الحفلات والمناسبات.

نظرًا لأن أقلام التظليل تحتوي على مواد كيميائية فلورية، فإن العلامات التي صنعتها أقلام التظليل ستبدو وكأنها تتوهج بشكل مخيف من تلقاء نفسها عند وضعها في غرفة مظلمة بها ضوء فوق بنفسجي (مثل "ضوء أسود").

عندما يضيء جسم الفلوريسنت بالضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية (كما هو الحال عندما يضيء بأشعة الشمس)، سيظل الكائن يحول الضوء فوق البنفسجي إلى ضوء مرئي.

يضاف الضوء المرئي الناتج عن تألق الكائن إلى الضوء المرئي المنعكس عن الكائن.

ونتيجة لذلك، يلاحظ الإنسان أن جسمًا فلوريًا تحت الإضاءة الكاملة يكون ساطعًا بشكل غير عادي بدلاً من أن يتوهج بشكل مخيف من تلقاء نفسه.

لاحظ أن هذا تأثير جسدي وليس تأثيرًا نفسيًا.

لا يبدو الكائن الفلوري أكثر إشراقًا فقط.

يكون الجسم الفلوري أكثر إشراقًا من الناحية المادية في الطيف المرئي عندما يكون تحت الإضاءة الكاملة من الكائنات الأخرى غير الفلورية وغير المتوهجة.

على سبيل المثال، خذ علامة صفراء عادية وعلامة تمييز صفراء تحتوي على مادة كيميائية فلورية صفراء ممزوجة بالحبر.

ارسم بكلتا العلامتين على ورق أبيض عادي.

عندما يسطع الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية على الورق، على سبيل المثال من الشمس أو من المصباح الكهربائي العادي، سيكون حبر العلامة الفلوريسنت دائمًا أكثر سطوعًا في جزء الضوء المرئي من الطيف من الحبر العادي.

علاوة على ذلك، فإن الحبر الفلوري أكثر إشراقًا في الطيف المرئي مما يمكن حسابه من خلال الضوء المرئي الأصلي الموجود.

لهذا السبب، تبدو الأجسام الفلورية تحت الإضاءة الكاملة مشرقة بشكل غير طبيعي.

تأثير حبر التظليل الذي يظهر ساطعًا بشكل غير طبيعي تحت الإضاءة العادية وتأثير حبر التظليل المتوهج بشكل مخيف عند إضاءته بواسطة ضوء فوق بنفسجي في غرفة مظلمة هو نفس التأثير بالضبط: التألق.

تُضاف أحيانًا المواد الكيميائية الفلورية إلى الورق واللوحات والطلاء والملابس لجعلها تبدو مشرقة بشكل غير طبيعي.

غالبًا ما يُطلق على الإسفار في هذا السياق بشكل غير رسمي "ألوان النيون" على الرغم من أن التألق لا علاقة له بعنصر النيون.

القميص الذي يشار إليه على أنه "أخضر نيون" يجب أن يوصف بدقة أكبر على أنه "أخضر نيون".

لاحظ أن السطوع الإضافي لجسم الفلورسنت يرجع إلى تحويله من الضوء فوق البنفسجي إلى ضوء مرئي.

على هذا النحو، فإن الكائن الفلوري سيظهر فقط لامعًا بشكل غير طبيعي في حالة وجود ضوء فوق بنفسجي.

إذا كان الحبر الأصفر العادي وحبر التظليل الأصفر الفلوري مضاءً فقط بواسطة ليزر أصفر في غرفة مظلمة، فسيكون كلاهما ساطعًا بشكل متساوٍ.

لاحظ أيضًا أن السطوع الإضافي لحبر قلم التظليل يرجع إلى المواد الكيميائية الفلورية المختلطة.

لن يتم إنتاج هذا السطوع الإضافي بواسطة الأنظمة التي لا تحتوي على مواد كيميائية فلورية.

على سبيل المثال ، لا تحتوي آلة التصوير على مواد كيميائية فلورية.

هذا يعني أنه عند عمل نسخة ملونة من مستند يحتوي على علامات تمييز، فإن العلامات الموجودة في المستند المكرر لن تحتوي على مواد كيميائية فلورية.

على هذا النحو، لن تبدو علامات التمييز الموجودة على المستند المكرر ساطعة بشكل غير طبيعي.

يعد عمل نسخة ملونة من مستند يحتوي على علامات تمييز طريقة سهلة وملفتة للنظر لمعرفة تأثير المادة الكيميائية الفلورية على مظهر الحبر.

لا يزال الثقب الموجود في الأوزون فوق القارة القطبية الجنوبية موجودًا، لكنه لم يعد يمثل التهديد الذي كان عليه في السابق وفقًا لبيان صحفي أصدرته ناسا في أكتوبر 2012.

وفقًا لوكالة ناسا، يظهر الثقب ويختفي كل عام بسبب التفاعل المعقد لأنماط الطقس الموسمية.

يحجب الأوزون معظم الأشعة فوق البنفسجية الضارة من الشمس، والتي من شأنها أن تصل إلى سطح الأرض وتسبب المزيد من سرطان الجلد.

ثقب الأوزون، الذي يشبه في الواقع منطقة استنفاد جزئي أكثر من ثقب كامل، كان يتزايد بشكل خطير في الحجم في الثمانينيات والتسعينيات.

أشارت الأبحاث إلى أن استخدام المواد الكيميائية من صنع الإنسان مثل مركبات الكربون الكلورية فلورية مثل الموجودة في علب الهباء الجوي ساهم في استنفاد طبقة الأوزون.

ونتيجة لذلك، حظرت الولايات المتحدة استخدام مركبات الكربون الكلورية فلورية في علب الأيروسول في عام 1978.

وفرضت بلدان أخرى حظراً مشابهاً على مركبات الكربون الكلورية فلورية، وتجري جهود لسن إجراءات حظر إضافية.

نتيجة لهذه الإجراءات القانونية، توقف الثقب الموجود في الأوزون عن التوسع من عام إلى آخر، ثم بدأ يتقلص ببطء إلى حالته في الثمانينيات.

لا تصنع النظارات "الكريستالية" من الكريستال على الإطلاق.

يعتبر تسمية أنواع معينة من الزجاج باسم "الكريستال" تقليدًا تاريخيًا محيرًا وغير دقيق.

البلورة هي أي مادة محاذاة جزيئاتها مكانيًا في أنماط متكررة بانتظام.

المعادن والسيراميك والأملاح والجليد والسكر والصخور كلها بلور.

الزجاج "البلوري" ليس كذلك.

في الواقع، مصطلح "زجاج بلوري" هو تناقض نقي.

بحكم التعريف، الزجاج عبارة عن مواد ليس لها جزيئاتها مرتبة.

وبعبارة أخرى، فإن تعريف الزجاج هو مادة ليست بلورية.

إذن ما هو الزجاج "البلوري" المصنوع من إن لم يكن من الكريستال؟ تقليديا، كان الزجاج "البلوري" مجرد زجاج عادي حيث يتم استبدال الكالسيوم بأكسيد الرصاص.

لذلك فإن الاسم الأكثر دقة هو "زجاج الرصاص".

تؤدي إضافة الرصاص إلى الزجاج إلى رفع معامل الانكسار.

يقيس مؤشر الانكسار مقدار انحناء المادة للضوء.

تتألق المواد ذات المؤشر الأعلى للانكسار أكثر لأنها تنحني الضوء أكثر.

يعد الماس أحد المواد ذات أعلى مؤشر انكسار.

هذا هو السبب في تألق الماس كثيرا.

إن إضافة الرصاص إلى الزجاج يجعلها تبدو أشبه بالماس، ومن ثم أصبح الزجاج الرصاصي معروفًا على أنه زجاج بلوري المظهر، والذي تم اختصاره إلى "زجاج بلوري".

وبهذه الطريقة، فإن إضافة الرصاص إلى الزجاج يسمح للفنان بصنع حامل شمعة أو كأس نبيذ يشبه الماس دون الحاجة إلى استخدام الماس بالفعل، وهو أمر باهظ التكلفة.

تعمل إضافة الرصاص أيضًا على تسهيل العمل بالزجاج، بحيث يمكن قطع التصميمات الأكثر تعقيدًا في الزجاج.

في عصرنا الحديث، يُعرف الرصاص بأنه سام للبشر، لذا فإن الزجاج "البلوري" يحتوي في الواقع على الباريوم أو الزنك بدلاً من الرصاص.

لا يوجد فرق حقيقي بين العملية الكيميائية والعملية الفيزيائية في الكيمياء.

يحب بعض معلمي الكيمياء تعريف العملية الكيميائية على أنها أي عملية تتضمن تفاعلًا كيميائيًا وجميع العمليات الأخرى كعمليات فيزيائية.

وفقًا لهؤلاء المعلمين، فإن أشياء مثل حرق الوقود هي عمليات كيميائية وأشياء مثل إذابة الملح في الماء أو تجميد الماء في الجليد هي عمليات فيزيائية.

لكن هذا التمييز هو حقًا تعسفي وغير أساسي.

في حين أن هؤلاء المعلمين قد يقومون بمثل هذا التمييز بنية حسنة لتعليم طلابهم، إلا أنهم يقومون بالفعل بإعداد الطلاب ليكونوا مشوشين على المدى الطويل.

جميع العمليات التي تنطوي على تفاعل الذرات هي كيميائية.

إذابة الملح في الماء هو تفاعل كيميائي.

تبدأ بمفاعلين متميزين (ملح وماء)، وتحصل على ارتباط الذرات ببعضها البعض بطرق جديدة (كل أيون ملح يصبح مرتبطًا بحشد من جزيئات الماء)، وتتشكل مادة كيميائية جديدة (الماء المالح).

نموذجي لجميع التفاعلات الكيميائية، يتم تبادل الحرارة مع البيئة كجزء من العملية.

قد لا يكون تذويب الملح في الماء ساحرًا مثل انفجار بالون مملوء بالهيدروجين، لكنه لا يزال تفاعلًا كيميائيًا.

حتى العمليات البسيطة مثل التغييرات في الطور (صلب إلى سائل، سائل إلى غاز، إلخ) هي في الحقيقة كيميائية بطبيعتها.

في عملية التجميد إلى جليد، تبدأ الجزيئات الموجودة في الماء السائل في تكوين واحد، وتشكل روابط عندما تأخذ التكوين الجديد، وتطلق الطاقة في هذه العملية.

لا يحب بعض المعلمين التعامل مع تغييرات المرحلة كتفاعلات كيميائية لأن المعادلات الكيميائية الأساسية ليست مفيدة جدًا في تعليم الطلاب.

على سبيل المثال، المعادلة الكيميائية الأساسية لتجميد الماء إلى الجليد هي: H20 → H20. هذه المعادلة مضللة.

يبدو أنه يعني عدم حدوث أي شيء على الإطلاق. لهذا السبب، قد يعتقد البعض أن تغييرات المرحلة لا تهم حقًا.

لكن المعادلة الكيميائية الأكثر تفصيلاً هي أكثر وضوحًا: H20 (سائل) - حرارة ← H20 (صلب).

يحتوي هذا السهم على تكوين روابط هيدروجينية مستقرة بين جزيئات الماء بعد إزالة الطاقة (يتم إطلاق الطاقة دائمًا عند تكوين روابط كيميائية).

يشكل تكوين الروابط السمة الرئيسية للتفاعلات الكيميائية.

في الواقع، كل تجربة يومية نعرفها هي في الأساس كيميائية بطبيعتها.

ركل كرة القدم، وتغيير التروس على الدراجة، والغناء، وكتابة الكلمات على الورق كلها توصف على المستوى الأساسي بأنها تفاعل الذرات.

على المستوى الأساسي، العمليات الوحيدة التي ليست كيميائية بطبيعتها هي عمليات الجاذبية وعمليات الجسيمات النووية / دون الذرية.

علاوة على ذلك، فإن مصطلح "عملية فيزيائية" غامض لدرجة أنه لا جدوى منه.

كل عملية يمكن ملاحظتها في الكون هي فيزيائية.

الأشياء الوحيدة في الكون غير المادية هي مفاهيم مجردة مثل الحب والإيمان.

جميع العمليات الكيميائية هي فيزيائية، وكذلك جميع العمليات البيولوجية والجيولوجية والفلكية والجاذبية ودون الذرية والنووية.

يقول كتاب "المفاهيم الخاطئة في الكيمياء" لهانس ديتر بارك:

من التقليدي في دروس الكيمياء فصل التفاعلات الكيميائية عن العمليات الفيزيائية.

يوصف تكوين الكبريتيدات المعدنية من عناصرها عن طريق إطلاق الطاقة في كل حالة على أنه تفاعل كيميائي.

في المقابل، غالبًا ما يُنظر إلى إذابة المواد في الماء على أنها "عملية فيزيائية" لأن المادة "لا تتغير فعليًا"، ويمكن استعادة المادة المذابة في شكلها الأصلي من خلال إجراءات الفصل "الفيزيائية".

إذا أخذ المرء هيدروكسيد الصوديوم وأذابه في القليل من الماء، يظهر محلول عديم اللون ويطلق الحرارة؛ المحلول يوصل الكهرباء وينتج قيمة عالية للأس الهيدروجيني.

يعتبر الطلاب الناقدون هذا الحل على أنه مادة جديدة ويظهر إنتاج الحرارة تفاعلًا طاردًا للحرارة.

من هذا المثال يمكن للمرء أن يرى أنه ليس من المنطقي فصل تحويل المادة إلى عمليات "كيميائية" و "فيزيائية".

إذا واصلنا القيام بذلك بشكل روتيني بمعنى "لقد فعلنا ذلك دائمًا بهذه الطريقة"، فستظهر المفاهيم الخاطئة التلقائية من المدرسة بناءً على تقاليد التدريس في المدرسة.

المحيط ليس أزرقًا فقط لأنه يعكس السماء.

المحيط أزرق في الغالب لأن الماء نفسه أزرق.

في مجلة التربية الكيميائية ورقة بعنوان "لماذا المياه زرقاء؟" بواسطة Charles L. Braun و Sergei N. Smirnov، تبين أن الماء له لون أزرق جوهري طفيف.

يتطلب الأمر كمية كبيرة من الماء، كما هو الحال في المحيط، لكي يلاحظ البشر الزرقة.

في الاستخدامات المنزلية، كما هو الحال عند شرب كوب من الماء، نستخدم القليل جدًا من الماء حتى نلاحظ زرقة الماء.

نتيجة لذلك، نعتقد أنه دائمًا ما يكون شفافا.

وفقًا لبراون وسميرنوف، يمتص الماء الضوء الأحمر بسبب التحولات الاهتزازية للجزيئات، تاركًا الضوء الأزرق ينعكس مرة أخرى.

وللسبب نفسه، فإن الكميات الكبيرة من الثلج والجليد لها أيضًا مسحة زرقاء.

تتحقق معدات المختبرات الحساسة من اللون الأزرق الباهت للماء حتى في حالة وجود فنجان فقط.

لاحظ أنه إذا كان سطح المحيط هادئًا ونظرت إليه من زاوية رؤية منخفضة، فإن بعض اللون الأزرق على سطح الماء هو انعكاس للسماء.

لكن انعكاس السماء لا يفسر تمامًا زرقة الماء.

عصير الطماطم لا يزيل رائحة الظربان.

وبشكل أكثر تحديدًا، لا يتفاعل عصير الطماطم كيميائيًا مع رائحة الظربان لتدميرها.

بدلاً من ذلك، له ببساطة رائحة قوية بما يكفي من تلقاء نفسه لإخفاء رائحة الظربان جزئيًا.

لكن في هذا الصدد، لا تختلف عن أي رائحة قوية أخرى.

العطور أو الشموع المعطرة تعمل تمامًا مثل عصير الطماطم لإخفاء رائحة الظربان.

بمجرد أن تتلاشى رائحة عصير الطماطم، تصبح رائحة الظربان ملحوظة مرة أخرى.

أفضل طريقة هي تعطيل رذاذ الظربان من خلال التفاعلات الكيميائية.

حلفاءك في هذا الجهد هم مواد التبييض، وبيروكسيد الهيدروجين، وصودا الخبز.

اغسل الملابس والأقمشة التي لها رائحة الظربان في المبيض.

لتنظيف الأسطح الصلبة التي بها رائحة الظربان، قم برش محلول التنظيف الذي يحتوي على مادة التبييض، واتركه يجلس، ثم امسحه.

لتنظيف العناصر التي لا تتحمل مواد التبييض، مثل فرو الحيوانات الأليفة أو الملابس الملونة، استخدم بدلاً من ذلك محلول بيروكسيد الهيدروجين / صودا الخبز.

يُمزج ربع لتر من بيروكسيد الهيدروجين 3٪ و 1/4 كوب من صودا الخبز و 2 ملعقة كبيرة.

منظف ​​الأطباق السائل لقاتل ممتاز لرائحة الظربان وآمن بما يكفي لاستحمام الحيوانات الأليفة.

للحصول على أفضل النتائج، يجب فرك هذا المحلول في الفراء أو القماش أثناء استمرار الرغوة.

لاحظ أن هذا المزيج من المحتمل أن يكون قابلاً للانفجار إذا تُرك للجلوس لفترة طويلة في حاوية مغلقة.

تجاهل الجزء غير المستخدم بدلاً من تخزينه.

الجناة في رذاذ الظربان هم مواد كيميائية تسمى الثيول والتي تحتوي على الكبريت.

يحتوي رذاذ الظربان أيضًا على ثيوأسيتات، والتي تتحلل ببطء إلى ثيول نتن.

عملية التحلل هذه هي التي تعطي رائحة الظربان طول عمرها.

تعمل العوامل التفاعلية مثل المبيض وبيروكسيد الهيدروجين على تعطيل الثيول والثيواسيتات.

إن التخلص من إثارة البلازما (الغاز المشحون) ليس مصدر الضوء المنبعث من لهب نار المخيم.

إن توهج جزيئات السخام الصلبة التي تتصاعد على تيار الهواء الساخن هو ما يخلق الضوء الذي يُنظر إليه على أنه لهب.

دعونا نلقي نظرة على الطرق النموذجية التي تصدر بها المواد الضوء ثم نطبقها على نار المخيم.

يمكن أن توجد الإلكترونات في الجزيئات في حالات مدارية مختلفة.

عندما تمتص الإلكترونات الطاقة، يتم رفعها إلى حالة طاقة أعلى في الجزيء.

يشبه هذا تقريبًا رفع الكرة على رف مرتفع حيث يمكن أن تسقط منه.

يتم تخزين الطاقة الممتصة للإلكترون كطاقة كامنة لأنها تستقر في حالة طاقة أعلى.

يمكن أن تثير أشياء كثيرة إلكترونًا في جزيء ما إلى حالة طاقة أعلى، بما في ذلك التفاعلات الكيميائية، والتصادم مع الجسيمات الأخرى، وامتصاص الضوء.

في النهاية، تعود الإلكترونات المثارة إلى حالتها السفلية، مثل كرة على رف تتدحرج وتهبط إلى الأرض.

عندما تسقط الإلكترونات، تفقد طاقتها الكامنة وتنطلق.

هناك العديد من الطرق التي يمكن بها للإلكترون الساقط (غير المثير) أن يعطي طاقته، ولكن الطريقة الأكثر شيوعًا هي أن يبعث القليل من الضوء يسمى الفوتون.

ونتيجة لذلك، فإن أي عملية تثير الإلكترونات تؤدي إلى خلق الضوء عندما تنفصل الإثارة.

غالبًا ما يكون لهذا الضوء لون غير مرئي أو يكون خافتًا جدًا بحيث لا يمكن رؤيته بالعين البشرية، ولكن لا يزال يتم إنشاء الضوء.

بسبب قانون حفظ الطاقة (الذي ينص على أنه لا يمكن إنشاء أو تدمير الطاقة)، يجب إعطاء كل الطاقة التي يفقدها الإلكترون في الانتقال من حالة أعلى إلى حالة أقل للفوتون الذي يخلقه.

توجد حالات الإلكترون فقط عند مستويات ثابتة وثابتة لجزيء معين، لذلك يمكن لجزيء منعزل معين أن يصدر فوتونات ذات طاقات معينة فقط.

نظرًا لأن تردد الفوتون (لون الضوء) يتناسب طرديًا مع طاقته، فإن بعض الجزيئات المعزولة يمكنها فقط إصدار ألوان معينة من الضوء.

مجموعة الألوان المحددة التي يصدرها الجزيء (طيفه) فريدة للجزيء وتعمل كبصمة الإصبع.

يمكن لعلماء الفلك معرفة المواد الكيميائية التي يتكون منها النجم بمجرد النظر إلى الألوان الموجودة في ضوء النجوم.

من خلال رسم القليل من الألوان المميزة الموجودة في الضوء المنبعث من جزيء واحد، يتم تكوين "طيف خطي"، يشبه مجموعة من الخطوط الرفيعة.

بالإضافة إلى إثارة الإلكترونات، يمكن أن يتحمس الجزيء بأكمله عن طريق الدوران أكثر أو الاهتزاز أكثر.

هناك ثلاث طرق يمكن للجزيء أن ينبعث منها الضوء: يسقط الإلكترون إلى حالة أقل (انتقال الإلكترون)، والجزيء يدور أقل (انتقال دوراني)، ويهتز الجزيء أقل (انتقال اهتزازي).

الآن يحدث شيء مثير للاهتمام إذا كان لديك أكثر من جزيء مشترك.

إذا كان لديك مجموعة من الجزيئات، فإنها تميل إلى الاصطدام ببعضها البعض.

عندما تتصادم، يتم تحويل بعض الطاقة في الإلكترونات المُثارة، وحالات الدوران المُثارة، وحالات الاهتزاز المُثارة ببساطة إلى حركة (طاقة حركية).

نتيجة لذلك، توجد طاقة أقل للفوتون تنبعث عندما ينتقل الجزيء، مما يؤدي إلى فوتون بلون مختلف عما إذا لم يكن هناك اصطدام.

نظرًا لأن التصادمات عشوائية، فإن تغيرات لون الضوء المنبعث تكون عشوائية.

حيث يوجد لون واحد فقط (خط) في جزء معين من طيف الضوء المنبعث، يوجد الآن العديد من الألوان.

وبالتالي، فإن الاصطدامات بين الجزيئات تميل إلى تشويه الخطوط الواضحة من الطيف اللوني للضوء في حزم بألوان عديدة.

كلما زاد عدد الاصطدامات وأصعبت، زادت الألوان الموجودة في الضوء المنبعث.

إذا كان هناك قدر كبير جدًا من الاصطدامات القوية بين الجزيئات، فإن كل الضوء المنبعث من التحولات الجزيئية يتم تلطيخه في نطاق واحد مستمر من الألوان.

في مثل هذه الحالة، تكون جميع ألوان قوس قزح موجودة في الضوء وبالتالي يكون الضوء أبيض.

الضوء عادة ليس أبيض نقي، ولكنه أحمر مائل للصفرة، برتقالي مائل للبياض، إلخ. حسب طبيعة الاصطدامات.

الضوء مع هذا الترتيب الواسع للألوان يسمى "الإشعاع الحراري" أو "إشعاع الجسم الأسود" والعملية التي تولد هذا الضوء تسمى "الإنارة".

في الحياة اليومية، نشير إلى الإنارة على أنها "متوهجة ساخنة".

وبالتالي، فإن المادة التي لا تصادماتها تنبعث منها طيفًا خطيًا، وهو عبارة عن مجموعة من عدد قليل من الألوان المحددة تمامًا وغير المصممة.

من ناحية أخرى، تصدر مادة ذات عدد لا نهائي من الاصطدامات طيف الجسم الأسود، وهو عبارة عن مجموعة سلسة تمامًا من جميع الألوان في شكل توزيع مميز للغاية يسمى "منحنى الجسم الأسود".

الطرفان المتعاكسان؛ الطيف الخطي وطيف الجسم الأسود. هي المثالية.

في العالم الحقيقي، يقع كل طيف في مكان ما بين الطرفين.

عندما نقول أن توزيع لون الضوء هو طيف خطي، فإننا نعني أنه قريب من طيف خطي، وليس أنه طيف خطي بالضبط.

إذابة جزيء الملح في الماء لا يجعل ذراته تتأين.

تتأين الذرات الموجودة في الأملاح الصلبة قبل وقت طويل من ملامستها للماء.

يمكن للإلكترونات الموجودة في الذرة أن تأخذ حالات موجية معينة فقط، ويمكن لإلكترون واحد فقط أن يشغل حالة موجة واحدة في المرة الواحدة.

نتيجة لذلك ، تأخذ الإلكترونات في الذرة حالات مختلفة، بدءًا من أدنى حالة طاقة وتنتقل إلى أعلى في الطاقة حتى تجد جميع الإلكترونات حالات متميزة.

لأسباب مختلفة لا تستحق الذكر هنا، تميل حالات الإلكترون في الذرات إلى تكوين مجموعات مختلفة، مع وجود حالات في نفس المجموعة لها طاقات وحالات متشابهة جدًا.

يطلق الكيميائيون على هذه المجموعات من حالات الإلكترون "قذائف"، على الرغم من أنها لا علاقة لها بالأصداف الحرفية.

الشيء المثير للاهتمام هو أن الذرة ذات الأصداف المملوءة بالكامل مستقرة جدًا (جميع الحالات المتاحة في كل مجموعة تشغلها الإلكترونات).

من ناحية أخرى، فإن الذرة ذات الغلاف الخارجي المملوء جزئيًا فقط لديها ميل قوي لسرقة أو فقدان أو مشاركة الإلكترونات من الذرات الأخرى من أجل ملء غلافها الخارجي وتصبح مستقرة.

لذلك فإن هذه الذرات تفاعلية كيميائيًا.

الملح المشهور هو كلوريد الصوديوم (ملح الطعام)، لذلك دعونا نستخدمه كمثال.

تحتوي ذرة الصوديوم المحايدة على أحد عشر إلكترونًا.

عشرة من هذه الإلكترونات تملأ الحالات بحيث تشكل أغلفة كاملة.

ومع ذلك، فإن الإلكترون الحادي عشر للصوديوم هو وحده في القشرة الخارجية المملوءة جزئيًا.

ترتبط الإلكترونات بالذرات لأن شحنتها الكهربائية السالبة تختبر انجذابًا كهربائيًا إلى الشحنة الموجبة لنواة الذرة.

ولكن بالنسبة للصوديوم، فإن الإلكترونات سالبة الشحنة في الغلاف الداخلي المكتمل تقوم بعمل جيد في منع أو غربلة القوة الجاذبة للنواة على الإلكترون الحادي عشر.

نتيجة لذلك، يرتبط الإلكترون الحادي عشر من الصوديوم ارتباطًا غير محكم بالذرة وهو جاهز للسرقة بواسطة ذرة أكثر قوة.

في المقابل، يحتوي الكلور (17 إلكترونًا) على جميع أغلفته مملوءة بالإلكترونات باستثناء غلافه الخارجي الذي لا يكتمل إلا بإلكترون واحد.

هناك جاذبية قوية للغاية بواسطة ذرة الكلور على إلكترون خارجي وهو أمر ضروري لإكمال غلافه.

لذلك فإن الصوديوم والكلور مناسبان تمامًا.

يحتوي الصوديوم على إلكترون واحد لا يتمسك به بقوة، والكلور يبحث عن إلكترون آخر لسرقته لملء غلافه.

نتيجة لذلك، تتفاعل عينة نقية من الصوديوم بقوة مع عينة نقية من الكلور والمنتج النهائي هو ملح الطعام.

كل ذرة كلور تسرق إلكتروناً من ذرة الصوديوم.

تحتوي كل ذرة صوديوم الآن على 11 بروتونًا موجبًا و 10 إلكترونات سالبة، مقابل صافي شحنة +1.

تحتوي كل ذرة كلور الآن على 17 بروتونًا موجبًا و 18 إلكترونًا سالبًا مقابل صافي شحنة -1.

لذلك تم تأين الذرات من خلال التفاعل الذي يشكل ملح طعام صلبًا، وكل ذلك بدون وجود الماء.

كل من أيونات الصوديوم والكلور لديها الآن قذائف مملوءة بالكامل وبالتالي فهي مستقرة.

هذا مثال جيد للذرة التي لديها بشكل طبيعي عدد غير متساو من الإلكترون والبروتونات.

ينجذب صافي أيون الصوديوم الموجب الآن إلى صافي أيون الكلور السالب وهذا الجذب يشكل ما نسميه "الرابطة الأيونية".

لكن، في الواقع، ليس لدينا أيون صوديوم واحد ملتصق بأيون الكلور.

بدلاً من ذلك، ترتبط شبكة من العديد من أيونات الصوديوم أيونيًا بشبكة من أيونات الكلور، وينتهي بنا الأمر مع مادة صلبة بلورية.

يرتبط كل أيون صوديوم في الشبكة البلورية لملح المائدة بأقرب 6 أيونات كلور، وينطبق الشيء نفسه على كل أيون كلور.

لذلك فإن ذرات ملح الطعام هي بالفعل في الحالة المتأينة.

لا تحصل النباتات على النيتروجين مباشرة من الهواء.

على الرغم من أن النيتروجين هو العنصر الأكثر وفرة في الهواء، إلا أن كل ذرة نيتروجين في الهواء مرتبطة ثلاثياً بذرة نيتروجين أخرى لتكوين نيتروجين جزيئي، N2.

هذه الرابطة الثلاثية قوية جدًا ويصعب كسرها (تتطلب طاقة لكسر الروابط الكيميائية بينما يتم إطلاق الطاقة فقط عند تكوين الروابط).

نتيجة لذلك، على الرغم من أن النيتروجين في الهواء شائع جدًا، إلا أنه من غير المفضل بشدة أن يقوم النبات بتقسيم جزيء النيتروجين للحصول على الذرات الخام التي يمكنه استخدامها.

كما أن الرابطة الثلاثية القوية لـ N2 تجعل من الصعب على النيتروجين الجزيئي التفاعل مع معظم المواد الكيميائية الأخرى.

هذا، في الواقع، جزء من سبب وجود الكثير من النيتروجين في الهواء لتبدأ.

أيضًا، يجعل استقرار جزيء النيتروجين وتماثله من الصعب على جزيئات النيتروجين المختلفة الارتباط ببعضها البعض.

تعني هذه الخاصية أنه يمكن تبريد النيتروجين الجزيئي إلى درجات حرارة منخفضة جدًا قبل أن يصبح سائلًا، مما يؤدي إلى أن يصبح النيتروجين السائل سائلًا شديد الفعالية ومبرّدًا.

يسمى فعل تفكيك الذرتين في جزيء النيتروجين "تثبيت النيتروجين".

تحصل النباتات على النيتروجين الذي تحتاجه من التربة، حيث تم إصلاحه بالفعل بواسطة البكتيريا والعتائق.

تمتلك البكتيريا والعتائق الموجودة في التربة وفي جذور بعض النباتات القدرة على تحويل النيتروجين الجزيئي من الهواء (N2) إلى الأمونيا (NH3)، وبالتالي كسر الرابطة الثلاثية الصلبة للنيتروجين الجزيئي.

تسمى هذه الكائنات "ديازوتروف".

من هنا، تقوم الكائنات الحية الدقيقة المختلفة بتحويل الأمونيا إلى مركبات نيتروجين أخرى يسهل على النباتات استخدامها.

وبهذه الطريقة، تحصل النباتات على النيتروجين بشكل غير مباشر من الهواء عن طريق الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في التربة وفي بعض جذور النباتات.

لاحظ أن البرق والإشعاع الشمسي عالي الطاقة يمكن أن يؤدي أيضًا إلى تقسيم جزيء النيتروجين، وبالتالي إصلاح النيتروجين في الهواء أيضًا.

ومع ذلك، فإن كمية النيتروجين التي يثبتها البرق والإشعاع الشمسي ضئيلة مقارنة بالكمية المثبتة بواسطة الديازوتروف في التربة والجذور.

يقول جون بوستجيت في كتابه تثبيت النيتروجين:

يعد تثبيت النيتروجين - تحويل النيتروجين في الغلاف الجوي إلى شكل يمكن للنباتات استخدامه - عملية أساسية للزراعة العالمية.

إنه يأتي نتيجة للأنشطة العفوية والبشرية والبيولوجية.

لقد تم الاعتراف بوجود وأهمية المكون البيولوجي لأكثر من قرن من الزمان، ولكن التقدم العلمي على مدى العقود القليلة الماضية غيّر بشكل جذري فهمنا لطبيعته وآلياته.

أنت تأكل الأحماض طوال الوقت دون أن تعرف ذلك وعادة ما تكون صحية تمامًا.

الخطر هو تناول الأحماض القوية بتركيزات عالية.

تصف كلمة "حمض" مجموعة متنوعة من المواد التي تقع على طيف مستمر من القوة من المحايدة أساسًا إلى الحمضية للغاية.

كما تلاحظ معظم كتب الكيمياء، نحن محاطون بالأحماض.

حامض الستريك هو ما يعطي الليمون والليمون والبرتقال والجريب فروت زنجها. يستخدم حمض الفوسفوريك في الكولا.

لبنات بناء الحياة؛ الأحماض الأمينية والأحماض الدهنية والحمض النووي والحمض النووي الريبي؛ كلها أحماض.

الحمض هو أحد النكهات الأساسية التي يمكن أن تتذوقها ألسنتنا.

نحن نسميها "مرارة" في الحياة اليومية.

أي شيء طعمه حامض - من الخل (حمض الأسيتيك) إلى القشدة الحامضة (حمض اللاكتيك) - يحتوي على حمض.

حتى الأحماض القوية يمكن أن تكون آمنة بتركيزات منخفضة.

يوجد حمض الهيدروكلوريك بشكل طبيعي في معدة الإنسان ويستخدم للمساعدة في هضم الطعام.

يكمن الخطر الحقيقي على البشر في وجود الأحماض القوية بتركيزات عالية، مثل حمض الهيدروكلوريك في منظفات المراحيض أو حمض الكبريتيك في بطاريات السيارات.

بالعودة إلى السؤال الأصلي، كيف تعرف أن المادة عبارة عن حمض ذو تركيز عالٍ بشكل خطير؟

هناك جميع أنواع الاختبارات التي يمكنك إجراؤها، ولكن من الأفضل أن تلعبها بأمان.

لا تأكل أبدًا أي عنصر ما لم تكن متأكدًا من أنه طعام.

بشكل عام، ليس من الجيد تناول المنظفات المنزلية أو المطهرات أو المطهرات أو مزيلات الصدأ أو عصير البطارية، لأنها تحتوي على مواد كيميائية سامة مثل الأحماض بتركيز عالٍ.

الزجاج ليس سائلًا بالمعنى الدقيق للكلمة.

لكنها أيضًا ليست صلبة قياسية.

إن كيمياء الزجاج معقدة والبحث مستمر، لكن الإجماع الحالي هو أن الزجاج هو مرحلة من المادة بمفردها، تُعرف باسم "مادة صلبة غير متبلورة".

يشير العلماء إلى أي مادة صلبة غير متبلورة على أنها "زجاج".

تعتبر انتقالات الزجاج معقدة للغاية ولا يمكن معالجتها بنفس طريقة انتقالات الطور التقليدية، وفقًا لكتاب "النظارات وانتقال الزجاج" من تأليف إيفان س. جوتسو.

يكفي تناول مشروب واحد من الكحول للتأثير على دماغك، سواء كنت مدمنًا على الكحول أو من الذين يشربون الكحول بشكل غير دائم.

الكحول دواء نفساني التأثير يتدخل بشكل مباشر في الأداء الطبيعي للعديد من أجزاء الدماغ.

لحسن الحظ، يمكن للجسم إصلاح الكثير من التأثير الناتج عن استهلاك الكحول عندما يتوقف الشخص عن الشرب.

لكن استهلاك الكحول المستمر بكميات كبيرة يمكن أن يسبب ضررًا شديدًا بحيث لا يستطيع الجسم إصلاحه ويصبح الضرر دائمًا.

يقول المعهد الوطني للصحة:

"صعوبة في المشي، وعدم وضوح الرؤية، وتداخل الكلام، وبطء رد الفعل، وضعف الذاكرة: من الواضح أن الكحول يؤثر على الدماغ.

يمكن اكتشاف بعض هذه العيوب بعد مشروب واحد أو مشروبين فقط ويتم حلها بسرعة عند توقف الشرب.

من ناحية أخرى، قد يعاني الشخص الذي يشرب بكثرة على مدى فترة طويلة من عجز دماغي يستمر جيدًا بعد أن يصل إلى الرصانة... يزيد الكحول، وكذلك درجة الضعف.

يمكن أن تؤدي الكميات الكبيرة من الكحول، خاصة عند تناولها بسرعة وعلى معدة فارغة، إلى إغماء، أو فترة زمنية لا يستطيع خلالها الشخص المخمور تذكر التفاصيل الرئيسية للأحداث، أو حتى الأحداث بأكملها".

شرب الكحول (الإيثانول) عبارة عن كحول ثنائي الكربون مع الصيغة الجزيئية CH3-CH2-OH.

مجموعة الهيدروكسيل في النهاية (-OH) قادرة على المشاركة في الرابطة الهيدروجينية وتمثل الكثير من خواصها الفيزيائية.

هل ذرتان من نفس العنصر متطابقتان؟

لا، ذرتان من نفس العنصر الكيميائي عادة ما تكون غير متطابقة.

بادئ ذي بدء، هناك مجموعة من الحالات المحتملة التي يمكن أن تحتلها إلكترونات الذرة.

يمكن أن تختلف ذرتان من نفس العنصر إذا كانت إلكتروناتهما في حالة مختلفة.

إذا كانت إحدى ذرات النحاس تحتوي على إلكترون في حالة مثارة وكانت ذرة نحاسية أخرى تحتوي على جميع إلكتروناتها في الحالة الأرضية، فإن الذرتين تكونان مختلفتين.

ستصدر ذرة النحاس المثارة القليل من الضوء عندما يرتاح الإلكترون إلى الحالة الأرضية، ولن تفعل ذرة النحاس الموجودة بالفعل في الحالة الأرضية.

نظرًا لأن حالات الإلكترونات في الذرة هي التي تحدد طبيعة الرابطة الكيميائية التي تختبرها الذرة، يمكن أن تتفاعل ذرتان من نفس العنصر بشكل مختلف إذا كانتا في حالة مختلفة.

على سبيل المثال، تتفاعل ذرة الصوديوم المحايدة (على سبيل المثال، من قطعة من معدن الصوديوم) مع الماء بشكل أكثر عنفًا من ذرة الصوديوم المتأينة (على سبيل المثال، من القليل من الملح).

يعرف الكيميائيون هذا جيدًا.

لا يكفي أن تقول ما الذرات المتضمنة إذا كنت تريد وصف التفاعل بشكل كامل والتنبؤ به.

يجب عليك أيضًا تحديد حالات التأين / الإثارة للإلكترونات في الذرات.

حتى لو تُركت الذرة بمفردها، فغالباً ما لا تأتي مع عدد متساوٍ من البروتونات والإلكترونات.

ولكن ماذا لو كان لكل ذرتين من نفس العنصر إلكتروناتها في نفس الحالة.

ثم هل هما متطابقان؟

لا، ما زالا غير متطابقين.

يمكن أن تتحرك ذرتان من نفس العنصر وفي نفس الحالة الإلكترونية أو تدوران بسرعات مختلفة، مما يؤثر على قدرتها على الارتباط الكيميائي.

تتمتع الذرات التي تتحرك ببطء (مثل الذرات الموجودة في الحديد الصلب) بوقت لتشكيل روابط مستقرة، بينما لا يمكن للذرات المتحركة بشكل أسرع (مثل الذرات الموجودة في الحديد السائل) تكوين مثل هذه الروابط المستقرة.

تعمل ذرة القصدير البطيئة الحركة بشكل مختلف عن ذرة القصدير سريعة الحركة.

ولكن ماذا لو كان لكل من ذرتين من نفس العنصر إلكتروناتها في نفس الحالة، والذرات تتحرك وتدور بنفس السرعة.

ثم هل هما متطابقان؟.

على الرغم من أن اثنتين من هذه الذرات متطابقة كيميائيًا بشكل أساسي (سوف تتفاعل كيميائيًا بنفس الطريقة)، إلا أنها ليست متطابقة تمامًا.

هناك ما هو أكثر في الذرة من الإلكترونات.

هناك أيضا النواة.

تحتوي نواة الذرة على نيوترونات وبروتونات مرتبطة ببعضها البعض بإحكام.

يمكن أن يحتوي نفس العنصر الكيميائي على عدد مختلف من النيوترونات ويظل العنصر نفسه.

نشير إلى ذرات نفس العنصر بأعداد مختلفة من النيوترونات باسم "النظائر".

في حين أن النظير المعين المعني لا يؤثر على كيفية تفاعل الذرة كيميائيًا، إلا أنه يحدد كيف ستتصرف الذرة في التفاعلات النووية.

التفاعل النووي الأكثر شيوعًا على الأرض هو التحلل الإشعاعي.

تتحلل بعض النظائر بسرعة كبيرة إلى عناصر أخرى وتصدر إشعاعات، بينما لا تتحلل نظائر أخرى.

إذا كنت تقوم بالتأريخ بالكربون، فإن حقيقة أن ذرة كربون -12 ليست متطابقة مع ذرة كربون -14 ضرورية لعملية التأريخ.

إن مجرد حساب عدد ذرات الكربون في العينة لن يمنحك أي معلومات حول عمر العينة.

سيكون عليك حساب عدد النظائر المختلفة للكربون بدلاً من ذلك.

ولكن ماذا لو كانت ذرتان هما العنصر نفسه، ولهما إلكترونات في نفس الحالة، وتنتقلان وتدوران بنفس السرعة، ولديهما نفس عدد النيوترونات؟ فهل هما متطابقتان؟.

تمامًا مثل الإلكترونات، يمكن أن تكون النيوترونات والبروتونات في النواة في حالات مُثارة مختلفة.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن للنواة ككل أن تدور وتهتز بسرعات مختلفة.

لذلك، حتى لو كانت كل الأشياء الأخرى متطابقة، يمكن أن يكون لذرتي ذهب نواتان في حالات متحمسة مختلفة وتتصرف بشكل مختلف في التفاعلات النووية.

لتوضيح الحالة بإيجاز، من الصعب جدًا أن تكون ذرتان من نفس العنصر متطابقتين تمامًا.

في الواقع، كان النجاح في إقناع مجموعة من الذرات لتكون قريبة جدًا من متطابقة أمرًا يستحق جائزة نوبل.

مع ذلك، لا تعتقد أن الذرات لها هويات فردية تتجاوز ما تم ذكره هنا.

إذا كانت ذرتا كربون في نفس الحالة الجزيئية والذرية والإلكترونية والنووية، فإن ذرتي الكربون متطابقتين، بغض النظر عن المكان الذي أتوا منه أو ما حدث لهما في الماضي.