طیف سنجی جرمی

طیف سنجی جرمی

اگر شیئی در حال حرکت باشد و شما به آن نیروی جانبی وارد کنید، آن شیء به جای حرکت بر روی خط راست، به علت انحراف از مسیر اصلی خود توسط نیروی جانبی، بر روی یک منحنی حرکت خواهد کرد. تصور کنید که یک توپ جنگی از کنار شما در حال عبور است و شما می خواهید آن را هنگام عبور از کنارتان منحرف کنید و تنها وسیله ای که در اختیار دارید یک فواره آب از یک شلنگ است که به طرف توپ نشانه می روید! مسلما این کار تغییر زیادی ایجاد نمی کند. چون توپ جنگی آن قدر سنگین است که تقریبا تغییری در مسیر قبلی اش ایجاد نمی شود. اما حالا تصور کنید که می خواهید یک توپ تنیس را که دقیقا با سرعت توپ جنگی مورد اشاره در حال عبور از کنار شماست، به وسیله همان فواره آب از مسیرش منحرف کنید. این دفعه چون توپ تنیس بسیار سبک تر از توپ جنگی است، با این عمل انحراف زیادی در مسیر آن ایجاد می شود. مقدار انحرافی که توسط یک نیروی جانبی به دست ما آورید، به جرم توپ بستگی دارد. اگر شما سرعت توپ و بزرگی نیرو را بدانید، می توانید در صورت مشخص بودن مسیر انحراف توپ پس از اعمال نیرو، جرم توپ را به دست آورید. هر چه میزان انحراف کمتر باشد، به این معنی است که توپ سنگین تر است. شما می توانید این اصل را دقیقا برای ذرات به اندازه اتم نیز به کار ببرید.

 

خلاصه ای از آن چه در یک طیف سنج جرمی اتفاق می افتد:

اتم های در حال حرکت می توانند توسط میدان های مغناطیسی منحرف شوند، البته به شرط آن که ابتدا به یون تبدیل شوند. یک میدان مغناطیسی می تواند بر روی ذرات باردار شده توسط بارالکتریکی اثر بگذارد. اما ذراتی که از نظر بار الکتریکی خنثی هستند، چنین خاصیتی ندارند.

 

مراحل طی شده برای انجام این کار از این قرار است:

 

مرحله 1: یونیزه کردن

اتم، با جدا کردن یک یا چند الکترون از آن، تبدیل به یک یون مثبت می شود. این مطلب در مورد اتم هایی که به طور طبیعی یون منفی تشکیل می دهند(برای مثال کلر) و همچنین برای اتم هایی که به طور کلی تشکیل یون نمی دهند( مثل آرگون) نیز در این مرحله صادق است و آنها نیز به یون های مثبت تبدیل می شوند. چون طیف سنج های جرمی همیشه با یون های مثبت کار می کنند.

 

مرحله2: شتابدهی

یون ها در این مرحله شتابدار می شوند تا این که همه دارای انرژی جنبشی یکسان شوند.

 

مرحله3: انحراف

در این مرحله یون ها به تناسب جرمشان با استفاده از آهن ربای مغناطیسی منحرف می شوند. هر چه یون ها سبک تر باشند، انحراف بیشتری می یابند. میزان انحراف به بار یون و به عبارت دیگر به تعداد الکترون هایی که در مرحله از ذرات جدا شده نیز بستگی دارد. هر چه بار یون بیشتر باشد، بیشتر منحرف می شود.

 

مرحله4: آشکارسازی

جریان پرتو مانند یون ها که از دستگاه عبور می کند، از طریق الکتریکی آشکارسازی می شود.

 

درک آنچه در طیف سنج جرمی روی می دهد نیازمند دانستن موارد زیر است:

نیاز به خلاء

وجود خلاء به علت آن است که یون های ساخته شده در محفظه یونیزه سازی بتوانند بدون برخورد به مولکول های هوا، آزادانه حرکت کنند.

یونیزه کردن

نمونه تبخیر شده وارد محفظه یونیزه سازی می شود. سیم پیچ داغ شده الکتریکی به طور پیوسته الکترون منتشر می کند که این الکترون ها توسط تله الکترونی، که صفحه ای باردار شده و دارای بار مثبت است، جذب می شوند. در نتیجه، ذرات موجود در نمونه تبخیر شده (اتم ها یا ملکول) توسط جریانی از الکترون ها بمباران می شوند و انرژی حاصل از برخی از این تصادم ها به قدری است که می تواند یک یا چند الکترون را از ذرات نمونه تبخیری جدا ساخته و از آنها یون های مثبت بسازد. بیشتر یونهای مثبت تنها یک واحد بار مثبت(1+) خواهند داشت. علت آن است که جدا کردن الکترون، مثبت شده دشوارتر است.

این یون های مثبت توسط بازتاباننده یون که صفحه ای فلزی حاوی مقدار اندکی بار مثبت است، به سمت قسمت های بعدی دستگاه هدایت می شوند. توجه: تمام محفظه یونیزه سازی توسط ولتاژی تقریباً به بزرگی 10 هزار ولت نگه داشته می شود. در واقع ولتاژ حاصل از بارهای حاوی دو صفحه فلزی با بار مثبت، اضافه بر 10 هزار ولت مذکور هستند.

شتابدهی

یون های مثبت توسط محفظه یونیزه سازی که دارای بار مثبت بسیار زیادی است دفع می شوند(بازتابنده می شود) و از میان سه شکاف عبور می کنند، که سومین شکاف دارای ولتاژ صفر است. شکاف میانی حاوی مقدار متوسطی از ولتاژ است. همه یون ها شتابدار شده و در نهایت به صورت یک پرتو متمرکز در می آیند.

منحرف سازی

یون های مختلف توسط آهن ربای الکتریکی به میزان های مختلف منحرف می شوند. میزان انحراف به مقادیر زیر بستگی دارد:

-         جرم یون: یون های سبک تر بیشتر از یون های سنگین منحرف می شوند.

-    مقدار بار یون: یونهای با بار 2 (بیشتر) مثبت، بیشتر از یونهایی که تنها یک واحد بار مثبت دارند انحراف پیدا می کنند.

ترکیب این دو عامل به صورت نسبت جرم/ بار(جرم تقسیم بر بار) نشان داده می شود. نسبت جرم/بار با نماد m/z ( و برخی اوقات با m/e ) نمایش داده می شود. برای مثال اگر یونی جرمی معادل 28 و دارای بار 1+ داشته باشد، نسبت جرم/بار آن 28 می شود. یک یون که دارای جرم 56 و بار 2+ است نیز دارای نسبت جرم/بار 28 است.

در نمودار آخری، جریان یونی A بیشترین انحراف را دارد، این جریان حاوی یون هایی است که کمترین نسبت جرم / بار را دارند. جریان یونی C کمترین انحراف را دارا است؛ این جریان حاوی یون هایی است که بیشترین نسبت جرم/بار را دارند. بیان ساده تر وقتی است که فرض کنیم که مقدار بار همه یون ها 1+ است. بیشترین یون هایی که از طیف سنج جرمی عبور می کنند بارشان 1+ است بنابراین نسبت جرم/بار با مقدار جرم یون برابر خواهد بود.

توجه: شما باید امکان وجود بارهای 2+(یا بیشتر) را نیز در نظر بگیرید. در هنگام حل مسائل شما می توانید بار یون های مورد نظر در مسئله را 1+ فرض کنید، مگر آنکه غیر از آن در مسئله ذکر شده باشد.

با فرض آن که همه یون ها بار 1+ داشته باشند، جریان  یونی A دارای سبک ترین یون ها است، جریان یونی B بعد از جریان A حاوی سبک ترین یون هاست و جریان C سنگین ترین یون ها را دارد. واضح است که یون های سک تر بیشتر از یون های سنگین منحرف می شوند.

آشکارسازی

تنها جریان یونی B از درون دستگاه عبور کرده و مستقیماً وارد آشکار ساز یونی می شود. دیگر یون ها به دیواره ها برخورد کرده و الکترون جذب می کنند و در نتیجه خنثی می شوند. در نهایت، این یون های خنثی شده توسط پمپ خلاء از طیف سنج جرمی خارج می شوند.

وقتی یک یون به جعبه فلزی رخورد می کند، بار آن به دلیل جهش یک الکترون از جعبه فلزی به روی یون خنثی می شود(سمت راست نمودار). این امر موجب می شود بین الکترون های فلز یک فضای خالی ایجاد شود و بنابراین الکترون های داخل سیم برای پر کردن این فضا به حرکت در می آیند. جریانی از الکترون ها که از این طریق در سیم ایجاد می شود، به صورت جریان الکتریکی آشکارسازی می شود که می تواند تقویت شده و ثبت شود.

آشکارسازی یون های دیگر

یون های دیگر چگونه آشکارسازی می شوند؟یون هایی که در جریان های Aو C بوده و در دستگاه از دست رفته اند. به خاطر داشته باشید که جریان A بیشترین انحراف را داشت؛ این جریان کمترین میزان نسبت z/m را داراست.( سبک ترین یون ها با فرض بار +1 ). برای هدایت آنها به سمت آشکار کننده، این یون ها باید به میزان کمتری منحرف شوند که با استفاده از یک میدان مغناطیسی کوچک تر می توان این عمل را انجام داد(یعنی نیروی جانبی کوچک تر). برای هدایت یون های با نسبت m/z بیشتر( یون های سنگین تر با فرض بار +1) به سمت آشکار بایستی آنها را با به کارگیری میدان مغناطیسی بزرگ تر، بیشتر منحرف کرد. اگر شما میدان مغناطیسی را تغییر دهید، می توانید هر جریان یونی را به نوبت به سمت آشکار ساز هدایت کنید تا جریانی که با تعداد یون های در حال عبور متناسب است به دست آورید. جرم هر یونی که آشکارسازی می شود، با بزرگی میدان مغناطیسی که برای هدایت آن به سمت آشکارساز به کار رفته رابطه دارد. دستگاه می تواند به نحوی درجه بندی شود که جریان را( که نماینده مقدار یون ها است) به طور مستقیم متناسب با نسبت m/z نمایش دهد. جرم بر حسب مقیاس کربن 12 اندازگیری می شود.

توجه: مقیاس کربن 12 مقیاسی است که در آن کربن 12 دقیقاً 12 واحد وزن دارد.

نمایش داده های خروجی طیف سنجی جرمی

خروجی داده ها از سنجه نگارنده معمولا به صورت یک نمودار میله ای نمایش داده می شود. این نمودار جریان نسبی را که توسط یون های با نسبت های مختلف جرم/بار هستند، مشخص می کند.

نمودار میله ای برای فلز مولیبدن به صورت زیر است:

 

در این گونه نمودارها محور عمودی با فراوانی نسبی یا شدت نسبی نمایش داده می شود که هر دو به یک معناست. مقیاس عمودی به جریانی که توسط سنجه ثبت کننده دریافت می شود، و بنابراین به تعداد یون های آشکارسازی شده، بستگی دارد. هر چه جریان بیشتر باشد فراوانی یون ها نیز بیشتر است. همانطور که از نمودار پیداست، معمول ترین نوع یون مولیبدن دارای نسبت جرم/بار 98 است. دیگر یونها دارای نسبت های 92، 94، 95، 96، 97، 100 هستند. این بدین معناست که عنصر مولیبدن دارای 7 نوع ایزوتوپ است. یعنی با در نظر گرفتن بار 1+ برای همه یون ها، جرم های 7 ایزوتوپ به مقیاس کربن12، 92، 95، 96، 98،97 و 100 است.

توجه: اگر یون های دارای بار +2 نیز موجود بودند، می توانستیم از نمودار به آن پی ببریم؛ زیرا در آن صورت به ازای هر خط در نمودار میله ای، یک خط دقیقاً شامل نصف میزان m/z در نمودار وجود داشت. (چون برای مثال=2/98). این خطوط میله ای از خطوط شامل بار +1 بسیار کوتاه تر می شدند، زیرا احتمال تشکیل یون های با بار +2 بسیار کمتر از تشکیل یون های با بار +1 است.

فلزی چند ظرفیتی که در خواص خود شبیه کروم و تنگستن است و به منظور مقاوم سازی فولاد به کار می رود.  

متان (Methane )

متان (Methane )

متان (CH4) و اتان (C2H6) دو عضو از خانواده ی وسیع ترکیبات آلی موسوم به هیدروکربنها هستند. همانطور که از نامشان استنباط می شود، هیدرو کربنها ترکیباتی هستند که در مولکول خود فقط دارای کربن و هیدرژن می باشند. متان و اتان همچنین متعلق به زیر گروهی از هیدروکربنها موسوم به آلکانها هستند. در این خانواده پیوند چندگانه بین اتم های کربن وجود ندارد. هیدروکربنهایی که در مولکول آنها یک پیوند دوگانه وجود دارد به آلکانها موسوم اند و هیدرو کربنها با یک پیوند سه گانه کربن- کربن آلکینها خوانده می شوند.

به طور کلی ترکیباتی مانند آلکانها که در مولکول آنها فقط پیوندهای ساده وجود دارد به ترکیبات سیر شده موسوم اند. این ترکیبات حاوی تعداد حداکثر اتم های هیدروژن هستند که یک ترکیب کربنی می تواند داشته باشد. ترکیبات با پیوندهای چندگانه مانند آلکنها، آلکینها و هیدروکربنهای آروماتیک ترکیبات سیرنشده هستند. این ترکیبات دارای اتمهای هیدروژن کمتر از میزان حداکثر بوده، تحت شرایط مناسب قادر به واکنش با هیدروژن می باشند.

منابع متان

متان از اجزاء تشکیل دهنده اصلی جو اولیه این سیاره بوده است. متان هنوز در جو زمین یافت می شود اما میزان آن قابل ملاحضه نیست. به هر حال این ماده یک جزء تشکیل دهنده سیاره های ژوپیتر، زحل، اورانوس و نپتون است. اخیراً متان در فضای بین ستارگان – بسیار دور از زمین ( Km10¹⁶ )در یک شیئی آسمانی در برج فلکی که امواج رادیویی منتشر می کند، یافت شده است. در روی زمین، متان جزء اصلی تشکیل دهنده گاز طبیعی است. این ماده در گاز طبیعی همراه با اتان و سایر آلکانها با وزن مولکولی پایین یافت می شود. ایالات متحده اخیراً از ذخیره گاز طبیعی خود به میزان یادی استفاده می کند. از آنجا که اجزاء تشکیل دهنده گاز طبیعی از نظر صنعتی اهمیت دارند، تلاش زیادی برای توسعه فرایند گازی شدن زغال سنگ برای ایجاد یک منبع دیگر به عمل آمده است.

برخی از موجودات زنده متان را از کربن دی اکسید ئ هیدروژن تولید می کنند.

یک موجود بسیار ابتدایی موسوم به متانوژنز شاید یکی از قدیمیترین موجودات روی زمین باشد، این موجود می تواند نشان دهنده نوعی از توسعه تکامل در نظر گرفته شود. متانوژنز صرفاً می تواند در یک محیط بدون اکسیژن باقی بماند. این موجود در شیارهای اقیانوسها، گل، باتلاقها و در شکم گاو یافت می شود.

ساختار اتان

زوایای پیوندی در اتم های کربن اتان و سایر آکانها مانند متان چهار وجهی است. برای اتان هر اتم کربن در یکی از گوشه های چهار وجهی اتم کربن دیگر است؛ اتمهای هیدروژن در سه گوشه دیگر قرار می گیرند.

در یک مدل رضایتبخش برای اتان(و سایر آلکانها) استفاده از اتمهای کربن هیبریدی SP³  است. پیوند کربن – کربن اتان پیوند سیگما است. این پیوند از همپوشانی اوربیتال های SP³  ایجاد می گردد. (پیوند های کربن- هیدروژن نیز پیوندهای سیگما هستند. آنها از همپوشانی اوربیتالهای SP³  کربن و اوربیتال های S هیدروژن به وجود می آیند. از آنجا که یک پیوند سیگما(یعنی هر پیوند غیر چند گانه) دارای یک تقارن مدور در طول محور پیوند است، چرخش گروههای متصل به یک پیوند سیگما معمولا نیازی به انرژی زیادی ندارد. نتیجه اینکه گروههای متصل بهم توسط پیوند ساده نسبتا به طور آزاد نسبت به یکدیگر می چرخند.

تعيين قليائيت آب

 

ظرفیت کمی آب ، برای خنثی نمودن یک اسید قوی تا PH معینی را قلیائیت آب می‌گویند. قلیائیت آب به عنوان یکی از ویژگیهای عمومی آب در نظر گرفته می‌شود. قلیائیت آبهای سطحی معمولا تابعی از مقادیر هیدروکسید کربنات و بی‌کربنات موجود در آب می‌باشد. در تعیین قلیائیت معمولا حضور بوراتها ، فسفاتها و سیلیکاتها را باید در نظر گرفت.تعیین قلیائیت در تفسیر و کنترل فرآیندهای تصفیه آب و فاضلابها کاربرد فراوانی دارد.

چگونگی ایجاد قلیائیت در آب

اسیدیته و قلیائیت آب ، هر دو به مقدار CO₂ محلول در آب بستگی دارند. CO₂ در آب حل شده و اسید کربنیک تولید می‌کند. اسید حاصله در داخل آب ، یونیزه شده و پروتون و یون بی‌کربنات ایجاد می‌کند. پروتون با کربنات کلسیم ترکیب شده و با تولید بی‌کربنات باعث تبدیل کربناتها به بی‌کربنات می‌شود و در نتیجه حلالیت کربنات کلسیم در آب افزایش می‌یابد.

شکلهای گوناگون CO₂ محلول در آب در PH های مختلف

CO₂محلول در آب در PH کمتر از 4 به صورت اسید کربنیک می‌باشد. با افزایش PH ، اسید کربنیک به بی‌کربنات تجزیه می‌شود. در PH=6.3 مقدار اسید کربنیک و بی‌کربنات در آب با هم برابر می‌باشد. در PH=8.5 ، فقط بی‌کربنات وجود دارد و با افزایش مجدد PH مقدار کربنات در محلول بیشتر می‌شود، بطوری که در 10.3= PH مقدار کربنات و بی‌کربنات باهم برابرند. در PH>11.5 فقط کربنات در محیط وجود دارد.

قلیائیت کل آب

قلیائیت کل آب شامل رادیکالهای هیدروکسید ، کربناتها و بی‌کربناتها و در برخی مواقع شامل فسفاتها ، بوراتها و سیلیکاتها می‌باشد. قلیائیت هیدروکسید شامل OH,CaO,CaOH_2,MgO,Mg(OH)_2,NaOH,  می‌باشد و مهمترین کربناتهای آب عبارتند از : CaCO3.MgCO3, Na₂CO₃بی‌کربناتهای مهمی که معمولا در آب وجود دارند عبارتند از: HCO3­­­-,Ca(HCO3)2,Mg(HCO3)2,NaHCO3.

شناساگر مورد استفاده

شناساگرهای مورد استفاده در تعیین قلیائیت آب عبارتند از فنل فتالین و متیل اورانژ. تیتراسیون معمولا یک اسید قوی استاندارد نظیر اسید سولفوریک و اسید کلریدریک انجام می‌شود. در تیتراسیون با فنل فتالین ، اگر رنگ شناساگر که در داخل محلول نمونه بعلت محیط قلیائی ارغوانی باشد و در PH=8.5بی‌رنگ شود، مقدار اسید مصرفی خنثی‌سازی قلیائیت ناشی از هیدروکسید و کربنات را نشان می‌دهد.

اگر به این نمونه چند قطره متیل اورانژ اضافه شود، رنگ محیط نارنجی زرد خواهد شد که با تیتراسیون توسط اسید در 4.5= PH رنگ محلول سرخ خواهد شد. این مقدار اسید در واقع برای خنثی سازی بی‌کربناتها بکار رفته است. مجموع قلیائیت‌های فنل فتالین و متیل اورانژ را قلیائیت کل می‌نامند و با علامت اختصاری T نشان می‌دهند.

T = P + M

در رابطه مقابل ، M ، بیانگر اسید مصرفی برای خنثی کردن بی‌کربناتها ، P ، اسید مصرفی برای خنثی کردن هیدروکسید و کربنات و T ، قلیائیت کل است.

حالتهای مختلف قلیائیت آب

1. اگر P=T پس M=0 یعنی در محیط کربنات و بی‌کربنات وجود ندارد و قلیائیت مربوط به هیدروکسیدهاست.
2. اگر P>T/2 قلیائیت مربوط به هیدروکسیدها و کربناتها می‌باشد.
3. اگر P = M پس  P= T/2 قلیائیت مربوط به کربناتها می‌باشد.
4. اگر P قلیائیت مربوط به کربناتها و بی کربناتها می‌باشد.
5. اگر P = 0 قلیائیت مربوط به بی‌کربناتها می‌شود. دراین صورت PH<8.5  بوده و T=  M خواهد بود.

نکته مهم

در محیط بازی که یونهای OH^-وجود دارند، بی‌کربناتها وجود ندارند و عموما به کربنات تبدیل شده‌اند. از آن رو درصورت موجود بودن قلیائیت هیدروکسید ، مقدار قلیائیت بی‌کربنات عملا صفر خواهد بود. البته عکس این مطلب هم صادق است.

دستگاه طیف سنج مادون قرمز

دستگاهی که طیف جذبی یک ترکیب را حاصل می­کند، یک دستگاه طیف سنج مادون قرمز یا به عبارت دقیق تر یک اسپکتروفتومتر خوانده می شود. دو نوع دستگاه طیف سنج مادون قرمز در آزمایشگاه های شیمی آلی بطور معمول مورد استفاده قرار می گیرد. دستگاه های تفکیکی (پراکندگی) و تبدیل فوریه (FT). هر دو دستگاه، طیف های ترکیبات را در محدوده 4000 تا 400 Cm^-1   فراهم می کنند. اگرچه هر دو دستگاه طیف های تقریبا یکسانی را برای یک ترکیب مشخص ارائه می دهند ولی، طیف سنج مادون قرمز FT طیف مادون قرمز را به مراتب سریعتر از دستگاه های تفکیکی تولید می کنند.

الف) دستگاه های طیف سنج مادون قرمز تفکیکی

 شکل زیر طرح نقشه اجزای تشکیل دهنده یک طیف سنج مادون قرمز تفکیکی ساده را نشان می دهد. این دستگاه از یک سیم داغ، تولید اشعه مادون قرمز کرده که توسط دو آینه به دو اشعه موازی با شدت تابش یکسان تقسیم می گردد. نمونه در سر راه یکی از تابش ها قرار گرفته و تابش دیگر به عنوان شاهد به کار می رود. این تابش ها سپس به تکفام ساز می رسد که هر تابش را به طیف پیوسته ای از فرکانس های نور مادون قرمز پراکنده می سازد. تکفام ساز شامل یک جسم دوران کننده بوده که دو تابش را بطور متناوب به یک شبکه پراش (در دستگاه های قدیمی از یک منشور استفاده می شد) می فرستد. شبکه پراش به آهستگی می چرخد و فرکانس یا طول موج تابشی را که به آشکار کننده ترموکوپل می رسد،تغییر می دهد. آشکار کننده نسبت شدت بین تابش شاهد و تابش نمونه را تشخیص می دهد. بدین طریق، آشکار کننده تعیین می کند که چه فرکانس هایی توسط نمونه جذب شده و چه فرکانس هایی به وسیله نور عبوری از میان نمونه، بدون تاثیر گذر کرده اند. پس از اینکه سیگنال حاصل از آشکار کننده تقویت گردید، ثبات طیف حاصل از نمونه را بر روی کاغذ ترسیم می کند. باید توجه داشت که طیف به گونه ای که فرکانس تابش مادون قرمز با چرخش شبکه پراش تغییر می یابد، ثبت می گردد. گفته می شود که دستگاه های تفکیکی طیف را در قلمرو فرکانس ثبت می کنند.

توجه داشته باشید که معمول است فرکانس( عدد موجی، Cm^-1) نسبت به نور عبوری (ونه نور جذب شده) ترسیم می گردد که دومی بر حسب درصد عبور(T%) است. این بدین دلیل است که آشکار کننده نسبت شدت دو تابش را رسم می کند و:

درصد عبور= I_s/I_r*100

که I_s شدت تابش نمونه و I_r شدت تابش شاهد است. در بعضی از نواحی طیف، عبور، تقریبا 100% است که نشان می دهد نمونه ی مورد آزمایش در آن قسمت از فرکانس اشعه شفاف است (جذبی صورت نمی گیرد).

ماکزیمم جذب روی کاغذ با مینیمم عبور نشان داده می شود که حتی آن نیز قله خوانده می شود.

طیف یک ماده اغلب با حل کردن آن در یک حلال به دست می آید که بعد آن را در مقابل تابش نمونه در دستگاه قرار می دهند، در حالی که حلال خالص در یک سلول معادل و در مقابل تابش شاهد قرار می گیرد. دستگاه بطور خودکار، طیف آن حلال را از طیف نمونه مورد آزمایش کم می کند. همچنین، این دستگاه اثرات گازهای جوی همچون انیدریدکربنیک وبخار آب را که در ناحیه مادون قرمز فعال بوده، از طیف نمونه حذف می نمایند.(این گازها دز معرض هر دو تابش وجود دارند) به همین دلیل است که بیشتر طیف سنج های مادون قرمز دو تابشی (نمونه+شاهد) هستند و نسبت شدت ها را اندازه می گیرند؛ چون حلال در هر دو تابش جذب می کند، لذا آن در هر دو عبارت از نسبت I_s/I_r وجود داشته و حذف می گردد. اگر یک مایع خالص (بدون حلال)مورد بررسی قرار گیرد، آن ترکیب فقط در محل تابش نمونه مستقر شده و چیزی در محل تابش شاهد قرار نمی گیرد. هنگامی که طیف مایع به دست می آید، اثرات گازهای جوی بطور خودکار حذف می گردند چون آنها در معرض هر دو تابش هستند.

طیف سنجی جرمی

اصول طیف سنجی جرمی جلوتر از تكنیك های دستگاهی دیگر، IR,CNMR,HNMR,UV بنا نهاده شده است. تاریخ پایه گذاری اصول اساسی آن به سال 1898 بر می گردد.قدیمی ترین طیف سنج جرمی در سال 1918 ساخته شد. اما روش طیف سنجی جرمی تا همین اواخر كه دستگاه های دقیق ارزانی در دسترس قرار گرفتند، هنوز مورد استفاده چندانی نداشت. این تكنیك با پیدایش دستگاه های تجاری كه به سادگی تعمییر و نگهداری می شوند و با توجه به مناسب بودن قیمت آن ها برای بیشتر آزمایشگا های صنعتی و آموزشی و نیز بالا بودن قدرت تجزیه و تفكیك، در مطالعه تعیین ساختمان تركیبات از اهمیت بسیاری بر خوردار گشته است.

 

به بیان ساده طیف سنجی جرمی سه عمل اساسی انجام می دهد:

1. مولكول ها توسط جریانی از الكترون های پر انرژی بمباران شده و بعضی از مولكول ها به یون های مربوطه تبدیل می گردد.
2. یون های شتاب داده شده بسته به نسبت  آنها در یك میدان مغناطیسی یا الكتریكی جدا می گردند.و در نهایت این كه یونهای دارای نسبت  مشخص و معین، توسط بخشی از دستگاه كه در اثر برخورد یونها به آن قادر به شمارش آنهاست آشكار می گردند. نتایج داده شده خروجی توسط آشكار كننده بزرگ شده و به ثبات داده می شوند. علامت یا نقشی كه از ثبات حاصل می گردد یك طیف جرمی است- نموداری از تعداد ذرات آشكار شده بر حسب تابعی از نسبت  .

باید توجه داشت كه قبل از تشكیل یون ها باید راهی پیدا كرد تا بتوان جریانی از مولكول ها را به محفظه ی یونیزاسیون، كه عمل یونیزه شدن در آن انجام می گیرد، روانه ساخت. یك سیستم ورودی نمونه، برای ایجاد چنین جریانی از مولكول ها به كار برده می شود.

نمونه هایی كه با طیف سنجی جرمی مورد مطالعه قرار می گیرند می توانند به حالت گاز،مایع یا جامد باشند. در این روش باید از وسایلی استفاده كرد تا مقدار كافی از نمونه را به حالت بخار در آورده سپس جریانی از مولكولها روانه محفظه ی یونیزاسیون شوند. در مورد گازها، ماده خود به حالت بخار وجود دارد پس، از سیستم ورودی ساده ای می توان استفاده كرد. این سیستم تحت خلا بوده بطوری كه محفظه ی یونیزاسیون در فشاری پایین تر از سیستم ورودی نمونه قرار دارد. نمونه به انبار بزرگتری رفته كه از آن، مولكولهای بخار به محفظه یونیزاسیون می روند. برای اطمینان از این كه جریان یكنواختی از مولكولها به محفظه ی یونیزاسیون وارد می شود، قبل از ورود،بخار از میان سوراخ كوچكی كه روزنه ی مولكولی خواندهمی شودعبور می كند. همین سیستم برای مایعات و جامدات فرّار نیز به كار برده می شود. برای مواد با فراریت كم، می توان سیستم را به گونه ای طراحی كرد كه در یك اجاق یا تنور قرار گیرد تا در اثر گرم كردن نمونه، فشار بخار بیشتری حاصل گردد. باید مراقب بود تا حرارت زیاد موجب تخریب ماده نگردد.

در مورد مواد جامد نسبتا غیر فرار، روش مستقیمی را می توان بكار برد. نمونهئ در نوك میله ای قرار داده می شود و سپس از یك شیر خلا وارد محفظه ی یونیزاسیون می گردد. نمونه در فاصله ی بسیار نزدیكی از پرتو یونیزه كننده الكترون ها قرار می گیرد. سپس آن میله گرم شده و تولید بخاری از نمونه را كرده تا در مجاورت پرتو الكترونها بیرون رانده شوند. چنین سیستمی را میتوان برای مطالعه ی نمونه ای از مولكولهایی كه فشار بخار آنها در درجه حرارت اتاق كمتر از  میلی متر جیوه است به كار برد.

هنگامی كه جریان مولكولهای نمونه وارد محفظه ی یونیزاسیون گشت، توسط پرتویی از الكترونها پر انرژی بمباران می شوند. در این فرایند، مولكولها به یونهای مربوطه تبدیل گشته و سپس در یك میدان الكتریكی شتاب داده می شوند.

در محفظه ی یونیزاسیون، پرتو الكترون های پر انرژی از یك سیم باریك گرم شده ساطع می شوند. این سیم باریك تا چند هزار درجه سلسیوس گرم می شود. به هنگام كار در شرایط معمولی، الكترون ها دارای انرژی ای معادل 70 الكترون ولت هستند. این الكترون های پر انرژی با مولكولهایی كه از سیستم نمونه وارد شده اند برخورد كرده و با برداشتن الكترون از آن مولكول ها، آنها را یونیزه كرده و به یونهای مثبت تبدیل می كنند. یك صفحه ی دافع كه پتانسیل الكتریكی مثبتی دارد یون های جدید را به طرف دسته ای از صفحات شتاب دهنده هدایت می كند. اختلاف پتانسیل زیادی (حدود 1 تا 10كیلو وات)، از این صفحات شتاب دهنده عبور داده می شود كه  این عمل، پرتویی از یونهای مثبت سریع الحركت را تولید می كند. این یون ها توسط یك یا چند شكاف تمركز دهنده به طرف یك پرتو یكنواخت هدایت می شود.

بسیاری از مولكول های نمونه به هیچ وجه یونیزه نمی شوند. این مولكول ها به طور مداوم توسط مكنده های (پمپ های)خلا كه به محفظه ی یونیزاسیون متصل هستند، خارج می گردند.بعضی از این مولكول ها از طریق جذب الكترون به یون های منفی تبدیل می شوند. این یون های منفی توسط صفحه ی دافعه جذب می گردند. ممكن است كه بخش كوچكی از یون های تشكیل شده بیش از یك بار داشته باشند(از دست دادن بیش از یك الكترون). این ها همانند یون های مثبت تك ظرفیتی، شتاب داده می شوند.

انرژی لازم برای برداشتن یك الكترون از یك اتم یا مولكول، پتانسیل یونیزاسیون آن است. بسیاری از تركیبات آلی دارای پتانسیل یونیزاسیونی بین 8 تا 15 الكترون هستند. اما اگر پرتو الكترون هایی كه به مولكول ها برخورد می كند پتانسیلی معادل 50 تا 70 الكترون ولت نداشته باشد، قادر به ایجاد یون های زیادی نخواهد بود. برای ایجاد یك طیف جرمی، الكترون هایی با این میزان انرژی برای یونیزه كردن نمونه به كار برده می شوند.

پس از گذر كردن از محفظه ی یونیزاسیون، پرتو یون ها از درون یك ناحیه ی كوتاه فاقد میدان عبور می كند. سپس آن پرتو وارد تجزیه گر جرمی شده كه در آن یون ها بر حسب نسبت  آنها جدا می شوند.

انرژی جنبشی یك یون شتاب داده شده برابر است با:

 كه m جرم یون، v سرعت یون، e اختلاف پتانسیل صفحات شتاب دهنده یون است. در حضور یك میدان مغناطیسی، یك ذره ی باردار مسیر منحنی شكلی را خواهد داشت. معادله ای كه شعاع این مسیر منحنی شكل را نشان می دهد به صورت زیر است:

كه r شعاع انحنای مسیر و H قدرت میدان مغناطیسی است. اگر این دو معادله را با هم تركیب كنیم خواهیم داشت:

 

این معادله مهمی است كه رفتار و عمل یك یون را در بخش تجزیه گر جرمی یك طیف سنج جرمی توجیه می كند.

هر قدر مقدار  بزرگتر باشد، شعاع انحنای مسیر نیز بزرگتر خواهد بود. لوله ی تجزیه گر دستگاه طوری ساخته شده كه دارای شعاع انحنای ثابتی است. ذره ای كه نسبت  صحیحی را داشته باشد قادر خواهد بود تا طول لوله ی تجزیه گر منحنی شكل را طی كرده و به آشكار كننده برسد. ذراتی كه نسبت  آنها بی اندازه بزرگ بوده و یا بی اندازه كوچك باشند، به كناره های لوله ی تجزیه گر برخورد كرده و به آشكار كننده نمی رسند. مسلما اگر دستگاه، یون هایی را به جرم بخصوصی دارند نشان می دهد، این روش چندان جالب نخواهد بود. بنابراین به طور مداوم ولتاژ شتاب دهنده یا قدرت میدان مغناطیسی تغییر یافته تا بتوان كلیه ی یون هایی كه در محفظه ی یونیزاسیون تولید گشته اند را آشكار ساخت. اثری كه از آشكار كننده حاصل می گردد به صورت طرحی است كه تعداد یون ها را بر حسب مقدار   آنها رسم می كند.

برای رسیدن به قدرت تفكیك بالا، تغییراتی در طرح دستگاه اصلی داده می شود. از آن جا كه ذراتی كه محفظه ی یونیزاسیون را ترك می كنند همگی سرعت یكسانی ندارند، می توان از یك طیف سنج جرمی تمركز دهنده ی مضاعف استفاده كرد. در چنین دستگاهی پرتو یون ها قبل از ورودبه میدان مغناطیسی از میدانی الكتریكی عبور می كند. در حضور میدان الكتریكی، ذرات، همگی با یك سرعت حركت كرده و بنابراین قدرت تفكیك ناحیه ی میدان مغناطیسی بهبود می یابد.

آشكار كننده بسیاری از دستگاه ها شامل یك شمارشگر است كه جریان تولیدی آن متناسب با تعداد یون هایی است كه به آن برخورد می كند. با استفاده از مدارهای الكترون افزاینده (electron multiplier circuits) می توان آن قدر دقیق این جریان را اندازه گرفت كه جریان حاصل از برخورد فقط یك یون به آشكار كننده اندازگیری شود. سیگنال تولید شده از آشكار كننده به یك ثبات داده می شود كه این ثبات خود طیف جرمی را ایجاد می نماید. در دستگاه های جدید، خروجی آشكار كننده از طریق یك سطح مشترك به رایانه متصل است. رایانه قادر به ذخیره اطلاعات بوده و خروجی رابه هر دو صورت جدولی و گرافیكی در ما آورد. دست اخر داده ها با طیف های استاندارد ذخیره شده ی موجود در رایانه مقایسه می گردد. در دستگا های قدیمیتر، جریان الكترونی حاصل از آشكار كننده به یك سری از پنج گالوانومتر با حساسیت های متفاوت داده می شود. حساسیت فركانس گالوانومترها به نسبت های 1، ، ، ، است . پرتو نوری كه به آینه های متصل به گالوانومترها بر خورد می كند به یك صفحه ی حساس به نور منعكس می گردد. بدین طریق یك طیف جرمی با پنج نقش به طور همزمان، هر یك با حساسیتی متفاوت؛ ایجاد می شود. در حالی كه هنوز دستگاه، قوی ترین قله ها را در صفحه ی نمایش طیفنگاه می دارد، با استفاده از این پنج نقش ثبت ضعیف ترین قله ها نیز ممكن می گردد.

 

ساخت فوری یك درایو مجازی

در صورتی كه از یك فولدر خاص خیلی استفاده می كنید و آن فولدر در مسیر تو در تویی قرار دارد می توانید به طور مجازی یك حرف دلخواه به نوان یك درایو به آن اختصاص دهید و از آن پس با رفتن به آن درایو به فایل های مورد نظرتان دسترسی پیدا كنید. برای این كار وارد Command Prompt شوید و دستور Subst مطابق مثال وارد كنید: Subst H: C:\work\important\docs با وارد كردن این دستور درایو مجازی به نام H ساخته می شود كه هر گاه وارد آن شوید مانند آن است كه به مسیC:work important docs رفته اید. این ترفند از جالترین ترفند های نا شناخته ویندوز است!برای حذف درایو نیز دستور Subst H:/D را وارد كنید.

طيف بيني رامان (Raman Resonance Spectrometry-RRS)

هنگامي كه تابشي از ميان يك محيط شفاف عبور كند، گونه هاي موجود قسمتي از باريكه را در تمامي جهات پراكنده مي كنند.
سال 1928 ، سي وي رامان فيزيكدان هندي كشف كرد كه طول موج مربوط به كسركوچكي از تابش پراكنده به وسيلۀ مولكولهاي خاص، متفاوت از طول موج باريكۀ فرودي است و همچنين جابه جاييهاي در طول موج به ساختار شيميايي مولكولهاي مسبب پراكندگي تابش بستگي دارند. رامان به دليل اين اكتشاف و بررسي سيستماتيك خود جايزۀ نوبل سال 1931 را دريافت كرد.
نظريۀ پراكندگي رامان كه اكنون كاملا شناخته شده است، نشان مي دهد كه اين پديده حاصل همان نوع تغييرات ارتعاشي كوانتيده اي است كه در جذب زير قرمز تاثير دارند. بنابراين تفاوت در طول موج بين تابش فرودي و تابش پراكنده متناظر با طول موج ها در ناحيۀ زير قرمز مياني است. در حقيقت، طيف پراكندگي رامان و طيف جذبي زير قرمز براي يك گونۀ خاص غالبا بسيار به يكديگر شبيه است.به هر حال، بين انواع گروه هايي كه در زير قرمز فعال اند با آنهايي كه در رامان فعال اند آنقدر تفاوت وجود دارد كه اين دو فن را به جاي رقيب بودن، به صورت مكمل يكديگر در مي آورد. براي بعضي از مسائل، روش زير قرمز يك وسيله برتر است، و براي بعضي ديگر، روش رامان طيف هاي مفيدتري را در اختيار مي گذارد.
يك مزيت مهم طيف هاي رامان در مقايسه با زير قرمز آن است كه در آنها آب تداخل نمي كند(چون آب در ناحيه زير قرمز يا IR جذب دارد نمي توان از آن بهره برد) بنابراين، طيفهاي رامان را مي توان از محلول هاي آبي به دست آورد. بعلاوه، در رامان مي توان از سلول هاي شيشه اي يا كوارتزي استفاده كرد و بنابراين، از مشكلات كار با سديم كلريد و ساير پنجره هاي از نظر اتمسفري ناپايدار، احتراز كرد.
در ضمن اين مزايا، طيف بيني رامان تا سالهاي 1960 و در اختيارگيري ليزر كه گرفتن طيفها را بسيار ساده تر كرد، توسط شيميدانان براي مطالعات ساختاري مورد استفادۀ گسترده قرار نگرفت. دومين مانع جهت استفادۀ عمومي از طيف بينب رامان تداخل فلوئورسانسي نمونه يا ناخالصي هاي موجود در آن بود. هم اكنون اين مشكل با استفاده از يك منبع ليزري زير قرمز و طيف سنجهاي تبديل فوريه تا حد زيادي بر طرف شده است.
طيف هاي رامان با تابش دهي يك نمونه به وسيلۀ يك منبع ليزر قدرتمند با تابش تكفام ساز در نواحي مرئي يا زير قرمز به دست مي آيند. طي تابش دهي، طيف تابش پراكنده تحت زاويۀ(معمولا 90درجه) با يك طيف سنج مناسب اندازگيري مي شود. شدت خطوط رامان حداكثر 001/0% شدت منبع است. درنتيجه، آشكارسازي و اندازگيري آنها مشكل است. يك استثنا از اين حالت، خطوط رامان رزونانسي است كه به طور قابل ملاحظه اي شديدترند.

با تشكر از استاد گرانقدر:
دكتر بابانژاد

فشار بخار

فشار بخار
اگر مایع در حال تبخیر در ظرف سربسته¬ای مبحوس باشد، مولکول های بخار نمی¬توانند از نزدیکی سطح مایع دور شوند. برخی از مولکول¬های بخار، طی حرکت¬های نامنظم شان به فاز مایع باز می¬گردند. این فرایند را برای آب می توانیم با پیکان¬های دوتایی نمایش دهیم :
H2O (l) H2O(g)
سرعت بازگشت مولکولها از فاز بخار به فاز مایع زیاد نیست، زیرا تعداد مولکول¬ها در فاز بخار کم است. اما تبخیر مداوم سبب افزایش غلظت مولکول¬ها در فاز بخار خواهد شد . به این ترتیب سرعت تراکم نیز افزایش می یابد. در نهایت سیستم به وضعیتی می رسد که در آن سرعت تراکم و تبخیر برابر می شود.
این حالت کخ در آن سرعت دو تمایل مخالف با هم برابراست، حالت تعادل نام دارد.در حالت تعادل، غلظت مولکول ها در حالت بخار ثابت می ماند، زیرا مولکول ها با همان سرعتی که بخار را ترک کرده و متراکم می شوند، از حالت مایع گریخته و به صورت بخار در می آیند. همینطور مقدار مایع ثابت می ماند، زیرا مولکول¬ها با همان سرعتی که از آن می گریزند، به آن باز می گردند.
حالت تعادل، یک حالت ایستا نمی باشد. در هر سیستم عده¬ی مولکول¬های موجود در مایع و در بخار ثابت است، زیرا دو تغییر مخالف با سرعت یکسان در جریانند، نه به این دلیل که تراکم و تبخیر متوقف شده باشد.
چون تراکم مولکول¬های بخار در حالت تعادل ثابت است، فشار اعمال شده به وسیله¬¬ی بخار نیز ثابت می باشد. فشار بخار در حال تعادل با یک مایع در دمای مشخص را فشار بخار تعادلی آن مایع می نامند. فشار بخار یک مایع در با دما تعیین می شود و با افزایش دما افزایش می یابد.

مواد دیا مغناطیسی

مواد دیا مغناطیسی

این دسته از مواد زمانی که در یک میدان مغناطیسی خارجی قرار می گیرند ، از آن دور می شوند و تمایل دارند که به طور عمود بر خطوط قوای مغناطیسی قرار گیرند . خطوط قوای مغناطیسی را ضمن عبور از خود ، از یکدیگر دورتر می کنند. در نتیجه ، چگالی فلوی مغناطیسی را پایین می آورند . از این رو ، شدت میدان مغناطیسی را کاهش می دهند . از ویژگی های دیگر این دسته از مواد این است که در میدان غیر یکنواخت ، به ناحیه ای از میدان که شدت کمتری دارد ، کشیده می شود .

منشا خواص دیامغناطیسی

منشا خواص دیامغناطیسی ، وجود الکترون های جفت شده در اوربیتال ها است و همان طور که اشاره شد ، در این صورت ، ماده دارای خاصیت مغناطیسی نخواهد بود. اما هر گاه در یک میدان مغناطیسی خارجی قرار گیرد، تحت تاثیر آن میدان ، در نظم قرار گرفتن الکترون های جفت شده در اوربیتال ها تغییری به وجود می آید . در واقع ، از سرعت حرکت یکی از الکترون کاسته شده ، بر سرعت حرکت الکترون دیگر افزوده می شود. به طوری که گشتاور دو قطبی مغناطیسی نسبتا ضعیفی پدیدار می شود که خلاف جهت میدان خارجی عمل می کند . از این رو از میزان شدت میدان مغناطیسی خارجی کاسته می شود.

باید توجه داشت که چون همه ی مواد ، حتی موادی که پارا مغناطیسی هستند، الکترون های جفت شده نیز دارند ( غیر از رادیکال H) خاصیت دیامغناطیسی ، یک پدیده عمومی است و در موارد پارامغناطیسی نیز وجود دارد. اما از آنجا که شدت خاصیت مغناطیسی از شدت خاصیت دیامغناطیسی بسیار بیشتر است، خاصیت دیامغناطیسی همواره به وسیله خاصیت پارا مغناطیسی پوشیده می شود . با بیان دیگر ، مقدار واقعی خاصیت پارا مغناطیسی بیشتر از آن است که در تجربه به دست می آید . زیرا ، مقداری از آن برای جبران خاصیت دیامغناطیسی صرف می شود . از این رو ، معمولا باید میزان خاصیت پارامغناطیسی را تصحیح کرد. یعنی مقدار جبران شده آن را حساب کرده و بر مقدار تجربی آن افزود.

گازهایی که فاقد الکترون جفت نشده اند ، مانند گازهای نجیب ، هیدرژن ، فلوئور ، کلر ، نیتروزن ، دی اکسید گوگرد ، منواکسیدکربن ، دی اکسید کربن (و نیز همین مواد در حالت جامد و مایع ) ،...برم و نافلزهای جامد مانند: سیلیسیم ، فسفر ، گوگرد، آرسنیک، سلنیم، فلز هایی مانند جیوه (مایع یا جامد) روی ، قلع ، طلا ،سرب ، در حالت جامد ، نمونه هایی از مواد دیامغناطیسی عادی اند. یعنی خاصیت دیامغناطیسی آنها تابع دما نیست (البته در مورد فلز های روی ، قلع ، طلا، سرب ، در دمای ذوب آنها ، خاصیت دیامغناطیسی تابع دما نیست و در مورد فلزهای روی ، قلع ، طلا، سرب ،در دمای ذوب آنها خاصیت دیامغناطیسی به سرعت کاهش می یابد .)

دسته ی دیگری از مواد دیامغناطیسی وجود دارند که خاصیت دیامغناطیسی آنها با بالا رفتن دما ، افزایش می یابد مانند بریلیم ، بور، الماس، نقره ، ید (جامد) و یا این که با بالا رفتن دما کاهش می یابد . مانند گرافیت، مس ،کادمیم ، (از دمای 300به بالا ) ایندیم ، آنتیموان (از دمای 50 به بالا) . تلور ، تالیم ، بیسموت. بسیاری از نمک ها و تقریبا تمام ترکیبات آلی نیزاز این دسته مواد دیامغناطیسی هستند.       

 

 

 

مواد پارامغناطیسی

مواد پارامغناطیسی

از ویژگی های این دسته از مواد این است که هر گاه در یک میدان مغناطیسی قرار گیرند به سمت آن میدان کشیده می شوند و به طور موازی با خطوط قوای مغناطیسی قرار می گیرند . از این رو خطوط قوای مغناطیسی را ضمن عبور دادن از خود ، به یکدیگر نزدیک می کنند و چگالی فلوی مغناطیسی را افزایش می دهند . در نتیجه ، شدت میدان مغناطیسی در آنها تا حدی از خلا بیشتر است . از ، ویژگی های دیگر این دسته از مواد آن است که هر گاه در میدان مغناطیسی غیر یک نواخت قرار بگیرند ، به سمتی که شدت میدان در آنجا بیشتر است، کشیده می شوند . و اگر آنها را از میدان مغناطیسی خارج کنیم ، بیشتر آنها خواص مغناطیسی خود را از دست می دهند ( بر خلاف مواد فرو مغناطیس).

منشاء خواص پارا مغناطیس

خواص پارا مغناطیسی در مواد به وجود الکترون های جفت نشده ( یا اوربیتال های تک الکترونی) در این مواد مربوط است . زیرا بر اساس نظریه ی کلاسیک و مدل کوآنتومی اتم (مدل بور- سامرفلد) الکترون ها بر روی مسیرهای خطی به دور هسته ی اتم می چرخند و افزون بر آن بر اساس نظر اولنبک و گوداشمیت ، الکترون دارای حرکت اسپینی نیز  می باشد . یعنی به دور محور خود نیز در جهت حرکت عقربه های ساعت و یا در خلاف آن می چرخد . حرکت الکترون ، مانند حرکت هر ذره باردار ، یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند و یا به بیان دیگر، به اتم خاصیت مغناطیسی می بخشد . حال ، اگر الکترون ها در اربیتال های اتمی ، جفت شده باشند ، به طوری که اتم الکترون جفت نشده نداشته باشد ، در آن صورت ، چون حرکت اسپینی الکترون های جفت شده در اربیتال ها که بخش عمده ی خواص مغناطیس اتم به آن مربوط است ، اثرهای مغناطیسی یکدیگر را که در خلاف جهت یکدیگر ظاهر می شوند ، از بین می برند ،آن اتم خاصیت  مغناطیسی محسوسی از خود نشان نخواهد داد . اما اگر اتم ، یک یا چند الکترون جفت نشده داشته باشد ، اثرهای مغناطیسی این الکترون ها از بین نمی روند و آن اتم دارای خاصیت مغناطیسی خواهد شد که در اصطلاح ، خاصیت پارا مغناطیسی  نامیده می شود . یکی از ویژگی های ماده ی پارا مغناطیسی این است که آرایش گشتاوری دو قطبی (ممان های) مغناطیسی ذره های آن نظم مشخصی ندارند . اما هر گاه در یک میدان  مغناطیسی  خارجی قرار گیرد، ذره های آن طوری جهت گیری می کنند تا بردار های گشتاور دو قطبی  مغناطیسی آنها با راستای میدان مغناطیسی خارجی (H ) همسو شوند ، ازا ین رو ، بر شدت میدان مغناطیسی افزوده می شود .

وابستگی خاصیت پارا مغناطیسی به دما :

با توجه به اینکه بالا رفتن دما ، به طوری کلی بر میزان بی نظمی ذره ها می افزاید ، موجب افزایش میزان بی نظمی آرایش گشتاورهای دو قطبی پارا مغناطیسی آنها نیز می شود .در نتیجه ، از میزان همسو شدن آنها با میدان مغناطیسی خارجی می کاهد . با این بیان دیگر ، با پایین آمدن دمای ماده ، خاصیت پارا مغناطیسی آن آشکار تر و شدید تر می شود . از این رو ، خاصیت پارا مغناطیسی ، پدیده ای وابسته به دماست . این نوع مواد  را که خاصیت پارامغناطیسی آنها با افزایش دما کاهش می یابد گاهی مواد پارامغناطیسی عادی می نامند.

البته نوعی خاصیت پارامغناطیسی نیز در برخی از مواد از جمله ، در کرومات ها که الکترون جفت نشده ندارند ، مشاهده شده است و به دمای وابسته نیست . پیدایی این نوع خواص پارا مغناطیسی به ایجاد اغتشاش در نظم الکترون های جفت شده در اوربیتال ها ، بر اثر میدان مغناطیسی خارجی است که با افزایش دما کاهش نمی یابد . این دسته از مواذ پارامغناطیسی را که خاصیت پارا مغناطیسی آنها با افزایش دما کاهش نمی یابد و حتی گاهی افزایش پیدا میکند ف مواد پارا مغناطیسی غیر عادی می نامند .

از نمونه مواد پارا مغناطیسی عادی می توان اکسیژن ( درحالت جامد – مایع – گاز) گازهای ClO₂, O₂ ,NO,NO₂  و برخی از فلز های واسطه در حالت بخار مانند تیتان ، ایتریم ، پالادیم ؛ سریم ، پرازئودیمیم ، تئودیمیم ، اربیم ، تانتال و پلاتین را نام برد . از نمونه مواد پارا مغناطیسی غیر عادی که خاصیت پارا مغناطیسی آنها به دما بستگی ندارد و می توان فلزهای قلیایی ، کلسیم ، باریم ، آلومینیم ، قلع ، مولیبدن ، تنگستن ، لانتان و اسمیم را بر شمرد . همچنین از نمونه مواد پارا مغناطیسی غیر عادی که خاصیت پارامغناطیسی آنها با دما افزایش می یابد ، می توان واندیم ، کروم ، ردیم ، ایریدیم و توریوم ( به صورت بخار ) را نام برد.

 

 

گرمای خنثی شدن

تعیین گرمای خنثی شدن سود با اسید هیدرو کلریک .

هشدار : اسید هیدرو کلریک و سود سمی و خورنده می باشند .

تغییرات شیمیایی و فیزیکی اغلب همراه با انتقال انرژی هستند . برای مثال وقتی بنزین در موتور ماشین سوخته می شود متور شروع به گرم شدن می کند و پیستون ماشین حرکت می کند.

این مثال دو راه را که از طریق آن گرما میتواند در فرایند های شیمیایی انتقال یابد اثبات می کند .از طریق گرما (تغییر دما) یا از طریق کار(حرکت مکانیکی) .

اکثر واکنش های شیمیایی که در آزمایشگاه انجام می شود ، مقدار کار قابل توجه ای تولید نمی کنند . بنابراین می توان فرض کرد که تمام انرژِی به صورت گرما یا به دست می آیند و یا از دست می روند . فرایند های شیمیایی از لحاظ کیفیت بر اساس گرمای جذب شده و یا آزاد شده (به عنوان تغییرات رخ داده ) طبقه بندی می شوند.فراین هایی که برای رخ دادن ، به گرما نیاز دارند مثل ذوب شدن یخ به آب مایع فرایند های گرماگیر (Endothermic) و فراین هایی که موقع رخ دادن آنها گرما آزاد می شوند مثل سوختن بنزین فرایند های گرماده Exothermic)) هستند.

آزمایش های امروزی توجه ویژه ای بر روی تغییرات گرما طی فرایندهای شیمیایی و فیزیکی می کنند. این تغییرات گرما می توانند بر اساس تغیرات دما تعیین شود . تغییرات در گرما میتواند همراه با تغییرات شیمیایی اندازگیری شود . به دست آوردن این مقدار به وسیله گرماسنج تعیین می شود ؛ ودر هر کدام از این سیستم های بسته می تواند فرایندهایی رخ دهد.

گرمای خنثی شدن عبارتند از گرمایی که ضمن خنثی شدن یکی اکی والان گرم اسید توسط اسید توسط یک اکی والان گرم باز آزاد می شود و مقدار آن برای خنثی شدن هر اسید قوی با یک باز قوی مقداری ثابت است . زیرا در تمام موارد محصول واکنش ، آب خواهد بود :

(H + Cl )+ (Na + OH ) (Na + Cl) + H₂O + Q

چنانچه  به جای HCl از اسید استیک استفاده شود ؛ گرمای خنثی شدن آن از گرمای خنثی شدن HCl کوچکتر خواهد بود . زیرا اسید اسیتیک ، اسید ضعیفی است که به طور کامل یونیزه نمی شود و این اختلاف مقدار گرمایی است که برای یونیزاسیون کامل یک اکی والان گرم اسید استیک لازم است .