آب اکسیژنه ترکیبی شیمیایی با فرمول مولکولی H2O2 بوده و به صورت مایعی با رنگ آبی کم رنگ است. اگر این محلول به صورت رقیق باشد، بی رنگ خواهد بود. این مایع کمی بوی تند داشته و تلخ است. مهمترین خاصیت آب اکسیژنه، خاصیت اکسیدکنندگی آن است که به عنوان ماده ای ضدعفونی کننده و سفید کننده به کار برده می شود. آب اکسیژنه ناپایدار بوده و اگر در مجاورت با نور قرار گیرد، تجزیه می شود. به همین دلیل است که برای نگهداری آن از بطری های تیره استفاده می شود که همراه با یک تثبیت کننده در یک محلول اسیدی ضعیف است.
برای این که این ترکیب پایدار شود، می توان از ترکیبات آلی چون استانیلید استفاده کرد. آب اکسیژنه در مقایسه با آب دارای ویسکوزیته کمی بوده و خاصیت اسیدی ضعیفی دارد. آب اکسیژنه را می توان در برخی از سیستم های بیولوژیکی مانند بدن انسان مشاهده کرد. به آب اکسیژنه، هیدروژن پراکسید نیز گفته می شود که با توجه به نوع کاربرد آن در گریدهای مختلفی تولید می شود. آب اکسیژنه 3 درصد، 6 تا 10 درصد، 35 درصد و 35 الی 90 درصد، گریدهای مختلف این ترکیب هستند.
تولید آب اکسیژنه
از سه روش اکسایش ایزوپروپانول، اکسایش الکتروشیمیایی اسید سولفوریک یا سولفات آمونیوم و همچنین فرایند آنتراکینون برای تولید این ترکیب استفاده می شود.
در فرایند اول طی اکسایش چند مرحله ای می توان از فاز مایع ایزوپروپانول، استون و آب اکسیژنه تولید کرد. شرایط انجام واکنش، فشار هوای 15 تا 20 بار و دمای 90 تا 140 درجه سانتی گراد است.
در روش الکتروشیمیایی اکسایش محلول آبی اسید سولفوریک و سولفات آمونیوم در الکترود آند انجام شده و تولید اسید پراکسو دی سولفوریک و پراکسو دی سولفات آمونیوم می شود. اما در کاتد با فرایند احیا، گاز هیدروژن تولید می شود.
روش سوم یعنی آنتراکینون، با اتکا به دو واکنش انجام می شود. یکی از این واکنش ها، اکسایش 2- آلکیل- آنتراکینون توسط هوا و تولید 2- آلکیل – آنتراکینون و آب اکسیژنه است. واکنش دیگر شامل کاهش 2- آلکیل – آنتراکینون به 2-آلکیل – آنتراهیدروکینون با استفاده از کاتالیزور است.
کاربرد آب اکسیژنه در تولید مواد شیمایی دیگر
هیدروژن پراکسید برای تولید ترکیبات شیمیایی چون گلیسرول از آلیل الکل به کار می رود. همچنین این ترکیب در تولید ترکیبات اپوکسی مانند روغن سویای اپوکسید دار شده، تولید پراکسیدهای آلی مانند متیل اتیل کتون، دی بنزویل پراکسی، آمین اکسیدهایی مانند لوریل دی متیل آمین اکسید و ... کاربرد دارد.
کاربرد آب اکسیژنه در صنعت کاغذ و نساجی
کاربرد آب اکسیژنه در صنعت نساجی به عنوان از بین برنده رنگ در پنبه و پشم است. آب اکسیژنه به عنوان سفید کننده ای بدون کلر بوده و به جهت عدم مضر بودن برای محیط زیست، بهترین گزینه برای سفید کردن کاغذ است. در سفید کردن سلولز، سفید کردن پالپ چوب و همچنین بازیافت کاغذ از هیدروژن پراکسید استفاده می کنند.
کاربرد آب اکسیژنه در تصفیه ی آب
برای حذف فنول ها، سیانیدها و همچنین ترکیبات سولفوری در آب، از آب اکسیژنه استفاده می شود. ایمنی بالا و دوستدار محیط زیست بودن، از دلایل کاربرد این ترکیب به عنوان عامل اکسید کننده در سیستم های تصفیه آب است. برای این که از آب اکسیژنه برای این منظور استفاده شود، باید دما، زمان و همچنین میزان PH کنترل شود. جهت حذف آلاینده های سخت تر، کاتالیزورهایی مانند آهن همراه با هیدروژن پراکسید به کار برده می شوند.
کاربرد آب اکسیژنه برای دندان
برای سفید کردن دندان ها از پراکسید کاربامید استفاده می شود. درصدهای مختلفی برای این منظور از این ترکیب استفاده می شود که گاهی میزان این درصد به 10 می رسد. اما بهتر است که برای جلوگیری از از بین بردن مینای دندان، از درصدهای پایین این ترکیب به کار گرفته شود.
خطرات آب اکسیژنه در سلامتی
اب اکسیژنه ترکیبی خطرناک در تماس با پوست و چشم است. چون باعث خورندگی در پوست شده و به چشم آسیب می زند. قرمز شدن، خارش و آبریزش از آسیب هایی است که به چشم وارد می شود. بلعیدن این ماده بسیار مضر بوده و حتی استشمام آن می تواند شش ها را تحریک کند. به طوری که در نتیجه ی استشمام آن، سرفه، خفگی و یا تنگی نفس ایجاد می شود. چون با تماس هیدروژن پراکسید با اعضای گفته شده، بافت های آن ها تخریب می شود. ایجاد زخم، خارش، تاول و سوختگی نتیجه ی تماس با پوست است.
در صورت تماس مکرر این ماده با ریه ها، برونشیت همراه با سرفه، خلط و کوتاه شدن تنفس رخ می دهد. تماس مکرر با پوست نیز، ایجاد راش پوستی می کند.
عناصر در شیمی در جدولی به نام جدول تناوبی بر حسب افزایش عدد اتمی قرار گرفتند. این جدول در سال 1869 توسط مندلیف تنظیم شد. جدول مندلیف ابزاری بسیار سودمند در شیمی است که تمامی عناصر چه عناصری که در طبیعت وجود دارند و چه عناصری که در آزمایشگاه ساخته می شوند را شامل می شود. با قرار گرفتن عناصر در جدول تناوبی بر حسب افزایش عدد اتمی، ردیف ها و ستون هایی تشکیل شده اند که به ستون های جدول، گروه و به ردیف های آن دوره می گویند.
عناصری که در یک گروه قرار گرفتند، خواص یکسانی داشته و عناصر بر طبق یک الگوی تناوبی خاصی در گروه ها و دوره های جدول تنظیم شده اند. به این الگو، قانون تناوبی می گویند که در این جا برخی از روندهای تناوبی را به اختصار توضیح می دهیم.
چگونگی تغییر الکترونگاتیوی در جدول تناوبی
به توانایی یک اتم برای جذب الکترون ها، خاصیت الکترونگاتیوی گفته می شود. مقدارهای الکترونگاتیوی که از روش پاولینگ به دست می آید، مقدارهای بدون بعد هستند. در یک دوره از جدول تناوبی از سمت چپ به راست، مقدار الکترونگاتیوی زیاد می شود. زیرا لایه ظرفیت عناصر سمت چپ جدول مندلیف، تعداد کمتر از نصف دارای الکترون است و برای رسیدن به حالت پایدار گاز نجیب، نیاز به از دست دادن الکترون های ظرفیت دارد. اما عناصر سمت راست با داشتن تعداد الکترون های بیشتر از نصف در لایه ظرفیت، بیشتر تمایل دارند که الکترون بگیرند تا به آرایش پایدار برسند.
اما در یک گروه از جدول تناوبی با حرکت از بالا به پایین جدول، مقدار الکترونگاتیوی کم می شود. چون در این روند با افزایش عدد اتمی، شعاع اتم ها زیاد شده و فاصله بین هسته و الکترون های ظرفیت زیاد می شود. لانتانیدها و آکتینیدها عناصری هستند که از این روند تبعیت نکرده و استثنا محسوب می شوند.
چگونگی تغییر انرژی یونش در جدول تناوبی
به مقدار انرژی مورد نیاز برای جدا کردن یک الکترون از یک اتم خنثی و تبدیل آن به یک یون را انرژی نخستین یونش می گویند. انرژی یونش که در مقابل الکترونگاتیوی تعریف می شود، اگر کم باشد، جدا کردن الکترون ها به راحتی صورت می گیرد. طبق این تعریف عناصری سمت راست جدول به جهت داشتن تعداد الکترون های بیشتر در لایه ظرفیت خود، تمایل به از دست دادن الکترون کمتری دارند. در نتیجه با حرکت از سمت چپ به راست جدول، با افزایش بار موثر هسته، انرژی یونیزاسیون کم می شود. اما با حرکت از بالا به پایین جدول، انرژی یونیزاسیون کاهش پیدا می کند. چون بار موثر هسته کم شده و جدا کردن الکترون به راحتی انجام می شود.
تغییر شعاع اتمی عناصر در جدول تناوبی
اندازه گیری شعاع اتمی در عناصر به دلیل مشخص نبودن مرز شعاع امکان پذیر نیست. به همین دلیل با اندازه گیری فاصله بین هسته ها می توان شعاع اتم ها را تعیین کرد. به طوری که به نصف فاصله بین پیوندهای کووالانسی بین هسته های دو اتم یکسان را شعاع اتمی می گویند. در یک گروه با حرکت از بالا به پایین جدول، با افزایش عدد اتمی، چون بر تعداد لایه های الکترونی افزوده می شود، شعاع اتمی افزایش پیدا می کند. در یک دوره نیز با حرکت از چپ به راست جدول، بار موثر هسته زیاد می شود. به عبارتی هسته الکترون های ظرفیت را بیشتر را جذب می کند، در نتیجه شعاع اتمی کوچکتر می شود.
تغییر الکترون خواهی عناصر در جدول تناوبی
قدرت یک اتم برای جذب یک الکترون در حالت گازی و تشکیل یک آنیون گازی را الکترون خواهی می نامند. با منفی تر بودن الکترون خواهی، اتم تمایل بیشتری به جذب الکترون دارد. با حرکت از بالا به پایین جدول، با افزایش شعاع اتمی، الکترون خواهی کمتر می شود. زیرا به دلیل بزرگتر شدن اتم ها، فاصله بین الکترون اضافه شده و هسته مثبت بیشتر شده و با کم شدن قدرت جاذبه بین آن ها، الکترون خواهی کاهش پیدا می کند. اما در یک دوره از چپ به راست با کم شدن اندازه اتم ها، الکترون خواهی افزایش می یابد.
تغییر خصلت فلزی عناصر در جدول تناوبی
با حرکت از چپ به راست جدول تناوبی، جاذبه بین الکترون های ظرفیت و هسته زیاد شده و خصلت فلزی کاهش می یابد. زیرا در یک دوره عناصر سمت چپ، یک یا دو الکترون در لایه ظرفیت خود دارند که تمایل به از دست دادن آن ها بیشتر است. خصلت فلزی در یک گروه از بالا به پایین جدول با افزایش اندازه اتم، افزایش پیدا می کند.
اسید اسکوربیک یا همان ویتامین C، یکی از مهمترین ویتامین هایی است که وجود آن برای بدن لازم و ضروری است. این ویتامین در بدن ساخته نمی شود و باید به طور مرتب، روزانه توسط مواد غذایی تامین شود. اسیداسکوربیک در مقابل حرارت، از بین می رود و ذخیره آن در بدن صورت نمی گیرد. بیشترین میزان ویتامین C را می توان از طریق مصرف میوه جات و سبزیجات به دست آورد. پرتقال، لیمو، گریپ فروت، کیوی، بروکلی، گوجه فرنگی، توت فرنگی، گل کلم و انواع فلفل ها، از جمله مواد غذایی هستند که به مقدار زیاد دارای این نوع ویتامین هستند.
خواص فیزیکی اسید اسکوربیک
اسید اسکوربیک جزء ویتامین های محلول در آب بوده به صورت جامد پودری سفید است که مایل به زرد است. اگر این اسید در مقابل نور قرار گیرد کم کم کدر می شود. همچنین خاصیت ضد باکتری داشته و اگر به حالت جامد خشک باشد، در هوا پایدار است. ولی اسید اسکوربیک به حالت محلولی، سریع اکسید می شود. طعم اسید اسکوربیک تا حدی اسیدی بوده و اگر به حالت آزاد باشد در آب محلول است. حلالیت این اسید در الکل کم و در اتر، بنزن و کلروفرم نامحلول است.
اسید اسکوربیک در دمای 190 تا 194 درجه سانتی گراد ذوب شده و فرمول مولکولی آن به صورت C6H8O6 است.
نقش اسید اسکوربیک و خواص آن در بدن
مهمترین خاصیت مفید ویتامین C یا اسید اسکوربیک در بدن، پیشگیری از سرماخوردگی و رفع کننده خستگی ماهیچه در ورزشکاران است. از خواص بسیار مهم دیگر ویتامین C، ساختن کلاژن است. کلاژن پروتئینی در بدن است که در ساختمان پوست، استخوان و اکثر بافت های بدن وجود دارد. بعضی از مواد شیمیایی که برای انتقال پیام های عصبی مورد نیاز است، با استفاده از اسید اسکوربیک ساخته می شوند. برای ترمیم زخم ها و بهتر عمل کردن سیستم ایمنی بدن، وجود اسید اسکوربیک بسیار مهم است. آهن در روده ها با کمک ویتامین C بهتر جذب شده و به این ترتیب، از کم خونی جلوگیری می شود.
اسید اسکوربیک دارای خاصیت آنتی اکسیدانی در برابر رادیکال های آزاد بوده و می تواند به مراقبت از بدن در برابر سرطان ها کمک کند. همچنین مصرف ویتامین C، مانع تشکیل رسوب در دیواره شریان ها شده و مانع ایجاد بیماری های قلبی و عروقی می شود. این ویتامین باعث ترشح ماده ای از دیواره رگ ها می شود که این ماده با گشاد کردن رگ ها باعث کم شدن فشار خون می شود. عملکرد مغز با کمک ویتامین C که بر سنتز انتقال دهنده های عصبی موثر است، بهتر می شود.
کاربرد اسید اسکوربیک در صنایع غذایی
خاصیت آنتی اکسیدانی، عامل کاهنده بودن، حلال، اسیدی کننده و ... اسید اسکوربیک باعث شده که به عنوان افزودنی در صنایع غذایی به کار گرفته شود. اسید اسکوربیک می تواند رنگ، بو و مواد مغذی این مواد را حفظ کند. به طوری که اگر در صنایع گوشت استفاده شود، رنگ مناسب فراورده ی گوشت را در نتیجه ی کم کردن میزان مصرف نیتریت، سریع به حالت مناسب تبدیل می کند. همچنین با این افزودنی، از تشکیل نیتروز آمین ها در گوشت جلوگیری می شود.
اسید اسکوربیک دارای PH کم بوده و مانع رشد میکروب ها در مواد غذایی می شود و مدت زمان ماندگاری آن ها را بالا می برد. چون ویتامین C بوی خوبی دارد، با افزودن به مواد غذایی باعث خوشبو شدن آن ها می شود.
کاربرد اسید اسکوربیک در پزشکی
اسید اسکوربیک برای درمان ورم مفاصل و بیماری های التهابی مورد استفاده قرار می گیرد. در ترمیم زخم ها، پیشگیری از تشکیل آب مروارید، قوی کردن بدن در برابر سرطان، کاهش دادن میزان فشار خون، درمان آلرژی، تقویت باروری در مردان، بالا بردن میزان کلسترول خوب، کمک به سوختگی های ایجاد شده در اثر آفتاب و ... مواردی است که اسید اسکوربیک در آن ها موثر است.
علایم کمبود اسید اسکوربیک در بدن
همان طور که گفته شد اسید اسکوربیک از ویتامین های ضروری بدن بوده و کمبود آن می تواند باعث بروز مشکلاتی می شود. از مهمترین بیماری هایی که در نتیجه کمبود این ویتامین ایجاد می شود، آسکووی با علایمی چون خونریزی های زیرپوستی، خونریزی لثه ها، درد مفاصل، عدم ترمیم زخم ها و از بین رفتن دندان ها است.
عوارض اسید اسکوربیک
ویتامین C در بدن ذخیره نمی شود، بنابراین این ماده مشکلی را در بدن ایجاد نمی کند. اما چون با مصرف بیش از حد این ویتامین به صورت قرص جوشان و مایع، می تواند عوارضی را ایجاد کند. سردرد، تهوع، بی نظمی خوابی، شکم درد و گرفتگی عضلات می تواند از جمله این عوارض باشد. برای کم کردن عوارض ناشی از اسیدی بودن اسید اسکوربیک در بدن، باید همراه با مواد خنثی کننده آن مصرف شود.
بر طبق راهنمای جدول تناوبی عناصر، نقاط ذوب و جوش عناصر روند خاص و منظمی نداشته و هر کدام از عناصر دارای نقاط ذوب و جوش خاصی هستند. اما با این وجود، وقتی اتم ها بزرگ شده و بر شعاع اتمی آن ها افزوده می شود، مقدار نقطه ذوب عناصر نیز زیاد می شود. اگر نقطه ذوب فلزات و نافلزات را در جدول مقایسه کنیم، مشاهده می کنیم که فلزات در مقیسه با نافلزات دارای نقطه ذوب بالاتری هستند.
نقطه ذوب چیست؟
در مایعات و جامدات ذرات تشکیل دهنده آن ها در حالتی فشرده و متراکم نسبت به هم قرار گرفته و نسبت به گازها در فاصله ای نزدیک از هم قرار دارند. ذرات در جامدات دارای حرکت ارتعاشی بوده ولی ذرات مایع با نظم کمتری در کنار هم قرار گرفته و شکل ظرفی که در آن هستند را به خود می گیرند. با حرارت دادن یک جامد، ذرات تشکیل دهنده با انجام حرکات ارتعاشی و جذب انرژی جنبشی، نظم خود را از دست داده و به مایع تبدیل می شوند.
در علم شیمی به دمایی که در فشار 1 اتمسفر، یک عنصر را از حالت جامد به حالت مایع تبدیل می کند، نقطه ذوب آن عنصر می گویند. در تمام طول مدت ذوب، دما ثابت بوده و فقط مواد تغییر حالت می دهد. در راهنمای جدول تناوبی مربوط به دمای ذوب، هر کدام از عناصر دارای نقطه ذوب مخصوص به خود هستند و روند منظم و خاصی ندارند. به عنوان مثال در گروه اول از جدول تناوبی، هیدروژن دارای نقطه ذوب 13.99 درجه کلوین، نقطه ذوب لیتیم برابر 453.65 درجه کلوین، سدیم 370.944 درجه کلوین، پتاسیم 336.7 درجه کلوین، روبیدیم 312.45 درجه کلوین و سزیم 301.7 درجه کلوین است.
فرانسیم به عنوان عنصری رادیواکتیو با نیمه عمر بسیار کوتاه، خیلی سریع متلاشی می شود. به همین جهت نمی توان آزمایشاتی که برای تعیین خواص فیزیکی چون نقطه ذوب، نقطه جوش، شعاع اتمی و انرژی یونش انجام می شوند را روی آن ها اعمال کرد. اما امید است با پیشرفت علم و ساخت دستگاه های پیشرفته بتوان این آزمایشات را در مدت زمان کوتاه برای این عناصر انجام داد.
روند تغییر نقطه ذوب عناصر طبق راهنمای جدول تناوبی
در عناصر گروه اول با حرکت از بالا به پایین جدول، با افزایش شعاع اتمی، نقطه ذوب کاهش پیدا می کند. فلزات قلیایی خاکی در مقایسه با فلزات قلیایی، دارای نقاط ذوب بالاتری هستند، زیرا پیوندهای قوی تری نسبت به عناصر گروه اول تشکیل می دهند. در عناصر گروه 13، روند تغییر نقطه ذوب منظم نبوده و آلومینیوم بیشترین میزان نقطه ذوب را در بین این عناصر دارد. در کل در جدول تناوبی، فلزات به دلیل داشتن پیوندهای فلزی دارای نقاط ذوب بالایی هستند.
عوامل موثر در تعیین خواص فیزیکی عناصر
اندازه و شعاع اتم ها، طرز قرارگیری آن ها در کنار هم، فاصله بین اتم ها و ... از جمله عواملی هستند که در تعیین خواص فیزیکی عناصر نقش دارند. اما در مورد همه عناصر نمی توان گفت که این عوامل به طور یکسان موثر باشند، به همین دلیل خواص فیزیکی در عناصر در بیشتر مواقع از قاعده خاصی پیروی نمی کنند. چگونگی قرار گرفتن اتم های یک عنصر در کنار هم می تواند به صورت های مختلفی چون مربعی مرکز پر، الگوی شش ضلعی، الگوی مربعی مرکز خالی و ... باشد.
با توجه به الگوی قرار گرفتن اتم های عناصر، خواصی چون چگالی، ضریب شکست، نقطه ذوب، نقطه جوش و ... در عناصر تعیین می شود. با توحه به این الگوها، بی نظمی های زیادی در خواص فیزیکی عناصر دیده می شوند. این بی نظمی ها مربوط به نحوه قرار گرفتن اتم ها در کنار هم و فاصله ای دارد که اتم ها از یکدیگر دارند.
عوامل موثر در تعیین نقطه ذوب
یکی از عوامل موثر در نقطه ذوب عناصر، تشکیل ترکیب مولکولی از آن هاست. چون در این ترکیب ها، مولکول ها با تراکم بیشتری کنار هم قرار گرفته و نقطه ذوب بالاتری خواهند داشت. اندازه مولکول ها از عوامل دیگری است که نقطه ذوب در مولکول های کوچکتر کمتر است.
نیروهای بین ذرات از عوامل موثر دیگر در نقطه ذوب است. نیروهای قوی تر، نقاط ذوب بالاتری را به ترکیبات می دهند. به عنوان مثال ترکیبات یونی به دلیل داشتن جاذبه الکتروستاتیک، ترکیبات آلی که دارای پیوندهای هیدروژنی هستند، نقاط ذوب بالایی دارند. هر چه مواد خالص تر باشند دارای نقاط ذوب بالاتری هستند. وجود ناخالصی در آن ها دامنه ذوب را بزرگتر کرده و مقدار آن را کاهش می دهد.