loading...
shimisanat
farshad بازدید : 75 سه شنبه 20 آبان 1399 نظرات (0)

سازمان هواشناسی جهانی از ثبت بزرگترین صاعقه جهان به طول ۷۰۰ کیلومتر در برزیل خبر داده است.

 دو صاعقه جدید در برزیل توانسته است رکورد دار بزرگترین صاعقه در جهان از نظر طول و زمان باشد. سازمان هواشناسی جهانی WMO این دو صاعقه را به عنوان بزرگترین طوفان‌های تندری در تاریخ تایید کرده است.

صاعقه اول در ۴ مارس ۲۰۱۹ در آرژانتین اتفاق افتاد که زمان آن  ۱۶.73 ثانیه بوده است. پیش از این بیشترین رکورد مربوط به یک ساعته در جنوب فرانسه با ۷.۷۴ ثانیه بود.

صاعقه دوم در تاریخ ۳۱ اکتبر ۲۰۱۹ در جنوب برزیل اتفاق افتاد که بیش از ۷۰۰ کیلومتر طول داشته است و به عنوان خارق‌العاده ترین صاعقه رکورددار است. رکورد قبلی با ۳۲۱ کیلومتر مربوط به اوکلاهما در سال ۲۰۰۷ بوده است.

سخنگوی ارشد سازمان هواشناسی می‌گوید: وجود چنین صاعقه هایی در طبیعت علاوه بر نشان دادن قدرت طبیعت نشان دهنده پیشرفت علمی در ارزیابی و اندازه‌گیری چنین اتفاقاتی است.

اندازه گیری چنین رویدادهایی در آینده می‌تواند اطلاعات ارزشمندی را در تعیین محدودیت ها و در مقیاس صاعقه ها در زمینه‌ای مانند مهندسی، ایمنی و نگرانی های علمی به وجود آورد.

به طور کلی یک صاعقه معمولی ۵ گیگا ژول انرژی یا نزدیک به ۱.۴ مگاوات ساعت انرژی با خود حمل می کند. همچنین دانستن مقدار انرژی ابرصاعقه ها نیز بسیار جالب توجه است.

این صاعقه ها در مکان‌های تصادفی رخ می‌دهند و به همین دلیل جذب و  ذخیره انرژی آنها غیر ممکن می شود.

farshad بازدید : 41 سه شنبه 13 آبان 1399 نظرات (0)

آب آشامیدنی برای زندگی انسان ها حیاتی است اما متأسفانه این مهم در بسیاری از نقاط کره ی زمین نادر است و انسان ها به سختی می توانند به آن دسترسی داشته باشند. بخار آب در هوا موجود است اما دسترسی و استفاده از آن بسیار سخت است. در همین راستا پژوهشگران دانشگاه برکلی در کالیفرنیا موفق به طراحی دستگاهی شده اند که می تواند آب آشامیدنی قابل توجهی را از هوای خشک جذب کند.

پژوهشگران می گویند که این دستگاه جاذب آب می تواند به ازای هر یک کیلوگرم از ماده ی جاذب آب، 1.3 لیتر آب آشامیدنی را در طول روز تولید کند. این دستگاه حتی قادر است در هوایی که رطوبت آن زیر 40 درصد است نیز فعالیت کند و آب آشامیدنی تولید کند. آبی که این دستگاه تولید می کند بسیار زیاد نیست اما آب تولید شده توسط آن برای افرادی که در شرایط وخیم قراردارند کافی است.

پژوهشگران این دستگاه را به مدت سه روز در بیابان موهاوی کالیفرنیا آزمایش کردند که این دستگاه توانست مقدار 0.7 لیتر آب آشامیدنی را به ازای هر کیلوگرم از ماده ی جاذب تولید کند همچنین این دستگاه توانست در یکی از روزها که رطوبت هوا کمتر از 7 درصد بود نیز مقدار 200 میلی لیتر آب آشامیدنی تولید کند.

تهیه آب آشامیدنی از هوای خشک | تکنولوژی نیوز

ماده ای که در این دستگاه نقش جاذب آب را دارد، ماده ای با نام “چهارچوب فلزی آلی (MOF)” می باشد. این ماده سطح بسیار بزرگی دارد و اجازه می دهد تا در دمای اتاق، مولکول آب موجود در هوا در سطح این ماده جمع و متراکم شوند. سپس زمانی که این ماده گرم می شود، آب جمع شده را آزاد می کند.

این دستگاه از “اکریلیک شیشه ای” با شفافیت بالا تشکیل شده است که MOF ها درون آن قرارگرفته اند. این ساختار باعث می شود تا جریان هوا از روی MOF ها عبور کند و مولکول های آب به دام بیافتند و سپس با حرارت دادن این فلزات آلی بتوان آب را بصورت مایع جمع آوری کرد.

این دستگاه سومین دستگاهی است که این پژوهشگران موفق به ساخت آن می شوند. نسخه ی اولیه این دستگاه که در سال 2017 از آن رونمایی شد تنها در شب می توانست مولکول های آب را جمع آوری کند و سپس با استفاده از گرمای خورشید در روز بعد آب را آزاد می کرد. نسخه ی دوم این دستگاه نیز در سال 2018 معرفی شد که به ازای هر کیلوگرم MOF تنها می توانست 100 میلی لیتر آب را در روز تولید کند.

پژوهشگران می گویند که نسخه ی سوم این دستگاه 10 برابر مؤثر تر نسبت به نسخه ی دوم و 100 برابر مؤثر تر از نسخه اول می باشد. این پیشرفت در نسخه ی سوم به لطف استفاده از فن های کوچک که هوای بیشتری را به MOF می رسانند و دستگاه های کوچک تولید گرما می باشد. هم فن ها و هم دستگاه های گرم کننده انرژی خود را از طریق صفحات خورشیدی تأمین می کنند و این دستگاه دارای باتری نیز می باشد که انرژی مورد نیاز برای دستگاه در شب را تأمین کند.

پژوهشگران می گویند که این دستگاه قابلیت افزایش مقیاس را دارد و در حال حاضر یک شرکت استارتاپ در همکاری با پژوهشگران در حال آزمایش این دستگاه در مقیاس یک مایکروویو می باشند که در روز می تواند حدود 7 الی 10 لیتر آب آشامیدنی را تولید کند برای سه فرد بزرگسال کافی است. نسخه های بزرگتر این دستگاه در مقیاس یک یخچال است که می تواند حدود 200 الی 250 لیتر آب را در طول روز تولید کند. هدف نهایی هم تولید دستگاه در مقیاس بسیار بزرگ برای استفاده ی جهانی است که می تواند 20 هزار لیتر آب آشامیدنی را در طول روز تولید کند که می تواند در روستاها مورد استفاده قرارگیرد. 

جهت مشاهده ی بیشتر مقالات و جدیدترین اخبار در زمینه علم شیمی روی  لینک زیر کلیک کنید :

shimisanat/news

farshad بازدید : 37 سه شنبه 13 آبان 1399 نظرات (0)

دانشمندان با کشف بخار آب در سیاره ای فراخورشیدی به وجود حیات در این سیاره امیدوار شدند. وجود بخار آب در اتمسفر این سیاره احتمال وجود حیات را افزایش داد.

این سیارک K2-18b تقریبا 9 برابر زمین جرم دارد. این سیارک ها با نام مینی نپتون شناخته میشوند. این سیاره به دور ستاره میزبان خود K2-18 در حال گردش است. سطح این سیاره برای زیست پذیری مناسب و ویژگی هایی نظیر سیاره زمین دارد.

این کشف برای محققان فرا خورشیدی امری بسیار مهم تلقی میشود. سارا سیگر کارشناس سیاره‌های فراخورشیدی که در این پژوهش مشارکتی نداشته است، می‌گوید: این سیاره شباهتی به زمین ندارد ، و به شکل یک سیاره سنگی معمولی نیست. ستاره ای که به دو آن میچرخد نیز شباهتی به خورشید ندارد.

K2-18b به کمک تلسکوپ فضایی کپلر کشف شد. این فضا پیما در فاصله 160 میلیون کیلومتری از زمین به کشف سیاره های فراخورشیدی مشغول است. روش کشف سیاره های فرا خورشیدی توسط کپلر بدین صورت است که سیاره فراخورشیدی هنگام عبور از میان ستاره میزبان خود و زمین ، نور ستاره خود را با کاهش مواجه میکند.بدین ترتیب کپلر بیش از دوهزار سیاره فراخورشیدی را کشف کرد.

مواد شیمیایی و مولکول‌های اطراف یک سیاره‌ی فراخورشیدی می‌توانند اطلاعات زیادی را درمورد آن‌چه ممکن است روی سطح سیاره وجود داشته باشد، در اختیار پژوهشگران قرار ‌دهند . اما نور این سنگ‌های فضایی دور به‌آسانی تحت‌تأثیر نوری که از ستاره‌ی میزبان آن‌ها می‌آید، قرار می‌گیرد و دیدن آن‌ها را بسیار دشوار می‌سازد. دانشمندان برای حل این مشکل ، باید نور این سیاره ها را زمانی که از اتمسفر آن خارج میشود بررسی کنند. این نور به هنگام عبور کمی منحرف میشود و بدین ترتیب نوع مولکول های سازنده آن در فضا مشخص میشود.

اما در مورد سیاره‌ی K2-18b وضع فرق میکند. زیرا این سیاره دارای اتمسفری است که در فضا گسترده است. همچنین در اطراف یک ستاره‌ی کوچک کم نور که به‌عنوان یک کوتوله‌ی قرمز شناخته می‌شود، می‌چرخد که نور آن به اندازه‌ی ستاره‌ای مانند خورشید نیست. بدین ترتیب دانشمندان توانستند بخار آب موجود در اتمسفر آن را تشخیص دهند.

بیورن بنکه پژوهشگر سیاره‌های فراخورشیدی در دانشگاه مونترال در این باره میگوید : اگر شما با هر زیست‌شناسی صحبت کنید، درمی‌یابید که آن‌ها به بخار آب اهمیتی نمی‌دهند؛ برای آن‌ها آب مایع مهم است زیرا ازنظر بیولوژی فقط آب اهمیت دارد.

پژوهشگران قصد دارند که  K2-18b را بیشتر مورد مطالعه قرار دهند . تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا پس از پرتاب در سال ۲۰۲۱ اطلاعات بیشتری از اینسیاره در اختیار ما قرار خواهد داد .

جهت مشاهده ی بیشتر مقالات و جدیدترین اخبار در زمینه علم شیمی روی  لینک زیر کلیک کنید :

shimisanat/news

farshad بازدید : 46 سه شنبه 22 مهر 1399 نظرات (0)

بطورکلی جهان ما تحت چهار نیروی اصلی کنترل می شود که عبارتند از: جاذبه، الکترومغناطیس، نیروی هسته‌ای ضعیف و نیروی هسته‌ای قوی. اما به تازگی پژوهشگران مجارستانی شواهدی را بازگو کرده‌اند که نشان دهنده ی کشف پنجمین نیرو در طبیعت می باشد.

 پژوهشگران مرکز تحقیقات هسته‌ای آکادمی مجارستان در آزمایش های خود یک اتم هلیم برانگیخته شده را مورد بررسی قرارداده بودند تا دریابند که چگونه این اتم از خودش نور ساطع می کند تا فروپاشد و از بین برود. آنها در حین این آزمایش متوجه شدند که این اتم هلیم در زاویه غیرمعمول 115 درجه در حال گسیختن است که این مشاهده با دانش کنونی علم فیزیک همخوانی ندارد.

با فرض اینکه در آزمایشگاه محققان مجارستانی اشتباه یا خطایی رخ نداده باشد می توان نتیجه گرفت که یک نیروی ناشناخته باعث شده است تا این ذره به شکلی متفاوت گسیخته شود.

پروفسور Jonathan Feng، فیزیکدان و ستاره شناس دانشگاه کالیفرنیا می گوید: “این کشف بسیار چشمگیری است که می تواند موجب کشف نیروهای بیشتر و در نتیجه موجب درک بهتر دنیای ما شود. اگر پژوهشگران بتوانند بار دیگر این پدیده را تکرار کنند، بی شک برنده جایزه نوبل خواهند شد. و دلیلی برای اینکه بر روی نیروی پنجم توقف کنیم وجود نخواهد داشت و احتمالا نیروهای ششم، هفتم و حتی هشتم نیز کشف خواهند شد.”

پنجمین نیروی طبیعت توسط پژوهشگران کشف شد

 

اگر فیزیکدانان مجارستانی بتوانند چنین مشاهدات و نتایجی را دوباره تکرار کنند می توانند علت بوجود آمدن این نیرو را مشخص کنند و در نتیجه راه و روش هایی توسعه دهند که می تواند از این نیرو انرژی تولید کند. این کشفیات باعث می شود تا گامی دیگر به نظریه “میدان یکنواخت” آلبرت انیشتن نزدیک شویم. نظریه ای که در یک چهارچوب واحد شکل گیری تمامی نیروهای جهان را شرح می دهد.

جهت مشاهده ی بیشتر مقالات و جدیدترین اخبار در زمینه علم شیمی روی  لینک زیر کلیک کنید :

shimisanat/news

farshad بازدید : 51 سه شنبه 22 مهر 1399 نظرات (0)

سویه جدید باکتری E.coli که توسط محققان موسسه وایزمن ایجاد شده با تغییر وضعیت از حالت هتروتروف به اتوتروف قابلیت جایگزینی دی اکسید کربن با مواد قندی را به عنوان منبع تغذیه دارد. کارشناسان معتقدند این طرح در صورت اجرایی شدن کمک شایانی به حفظ محیط زیست خواهد کرد.

 شموئل گلایزر یکی از دست اندرکاران این پروژه حذف کربن از هوا ، امکان سنجی موفقیت در تغییر منبع تغذیه باکتری ، بررسی انطباق باکتری با شرایط متفاوت را محورهای اصلی این تحقیق عنوان کرد. پژوهشگران با استفاده از تبدیل متابولیکی و تکامل آزمایشگاهی سویه جدیدی از باکتری را بوجود آوردند و برای اطمینان از صحت آزمایش خود با کمک ایزوتوپها مسیر چرخه تغذیه آن را بررسی کردند. مهندسی باکتری تغییر یافته با ایجاد 11 جهش در توالیهای ژنوم E.coli  نتایج مطلوبی را در پی داشت که با جزئیات در مجله معتبر Cell  منتشر شده است. 

جهت مشاهده ی بیشتر مقالات و جدیدترین اخبار در زمینه علم شیمی روی  لینک زیر کلیک کنید :

shimisanat/news


farshad بازدید : 45 پنجشنبه 22 خرداد 1399 نظرات (0)

توسعه فناری ها جدید سبب شده تا مواد مضری که در فرآیندهای قدیمی تولید می شده است، اکنون به موادی سودمند تبدیل شود.

دانشمندان مرکز علوم و فناوری اولسان در کره جنوبی موفق به ساخت سیستم جدیدی شدند که می تواند با استفاده از گازهای مضر گلخانه ای (CO2)، انرژی پاک برق و هیدروژن تولید کند.

همانطور که می دانید، سالهاست که تبدیل گاز گلخانه ای به گازهای سودمند (یا حداقل موادی که برای محیط زیست مضر نباشند)، دغدغه جمع کثیری از محققان در سراسر دنیا بوده است.

تبدیل گاز گلخانه ای به انرژی پاک

تبدیل گاز گلخانه ای به انرژی پاک

 

به گزارش کمولوژی و به نقل از Science Daily، این سامانه قادر است با استفاده از کربن دی اکسید موجود در یک محلول آبپوشی شده، گاز گلخانه ای یاد شده را به صورت کاملا پایدار به انرژی الکتریکی تبدیل کند؛ آن هم با حداکثر توان ممکن.

این فناوری توسعه داده شده می تواند از طریق یک سازوکار تجزیه شیمیایی، مولکول های پایدار کربن دی اکسید را به سایر مولکول ها تبدیل کند.

سیستم مذکور که با نام Hybrid Na-CO2 شناخته می شود، عملکردی مشابه با سلول های سوختی دارد که با یک کاتد، یک آند و نیز یک تفکیک کننده ساخته شده است.

در این سیستم همچون انواع باتری ها، کاتالیزورها در داخل آب حل شده و به کمک یک سیم اصلی به کاتد مرتبط شده اند.

زمانی که کربن دی اکسید به آب تزریق می شود، واکنش شیمیایی آغاز شده و CO2 تجزیه می گردد. به این ترتیب در پایان واکنش، می توان انتظار تولید جریان الکتریکی و گاز هیدروژن را داشت.

سرعت بازده تبدیل کربن دی اکسید در این سامانه در حد بسیار بالایی است.

میزان ۵۰ درصد برای چنین سیستمی، کاملا مناسب بوده و حتی می توان امید داشت که در آینده به اعداد بالاتری دست یافت.

این سیستم پایدار بوده و قادر است به مدت ۱۰۰۰ ساعت بدون تخریب الکترودها کار کند.

جهت مشاهده بیشتر مطالب اینجا کلیک کنید

 

www.shimisanat.com

farshad بازدید : 40 جمعه 29 فروردین 1399 نظرات (0)

اخیرا کشف‌های بسیاری در زمینه‌ی شیمی صورت گرفته است که با دانش معمول ما متفاوت است. به تازگی دانشمندان توانسته‌اند ترکیبی جدید از هلیوم بسازند.

اگر شیمی دبیرستان را به یاد داشته باشید، می‌دانید که هلیوم گازی نجیب است، کم‌ترین میزان واکنش‌پذیری را در جدول تناوبی دارد و چون بیرونی‌ترین لایه‌ی الکترونی آن پر است، با دیگر عنصرها واکنش نمی‌دهد تا ترکیب‌های پایدار ایجاد کند.

دیگر گازهای نجیب تحت فشار زیاد ترکیباتی را ایجاد کرده‌اند؛ اما تاکنون هلیوم ترکیب پایداری ایجاد نکرده بود. دانشمندان گزارش داده‌اند که ترکیبی ساخته‌اند که به نظر می‌رسد ترکیب پایداری از هلیوم و سدیم باشد. ساخت این ترکیب بسیاری از فرضیات اساسی شیمی مدرن را زیر سوال می‌برد.

آدام پاپاو از دانشگاه یوتا و از اعضای تیم می‌گوید:

وقتی فشارهای بالا را اعمال می‌کنید، شیمی تغییر می‌کند. این فشارهای بالا در داخل زمین و در سیاره‌های متفاوتی مانند زحل قابل دستیابی است. اما این پژوهش بسیاری از معادلات را به هم می‌زند.

هلیوم دومین عنصر فراوان در جهان است و در بالای گروه شش عضوی گازهای نجیب قرار گرفته است. آخرین لایه‌ی الکترونی این عنصرها که عامل واکنش‌پذیری آن‌ها هم است، پر است؛ بنابراین این گازها با دیگر عنصرها واکنش نمی‌دهند و ترکیبی ایجاد نمی‌کنند.

این گازها از این جهت نجیب نامیده می‌شوند که با عنصرهای دیگر واکنش نمی‌دهند. البته در شرایط ویژه می‌توانید نشانه‌هایی از واکنش‌پذیری آن‌ها را مشاهده کنید. گازهای نجیب به دو دسته تقسیم می‌شوند: گروه اول شامل کریپتون، زنون و رادون تا حدودی واکنش‌پذیر شناخته می‌شوند؛ گروه دیگر شامل آرگون، نئون و هلیوم کاملا واکنش‌ناپذیر محسوب می‌شوند.

پژوهشگران راه‌هایی برای اتصال هلیوم به دیگر عنصرها یافته بودند؛ اما تاکنون نتایج ناپایدار بودند. از برهم‌کنش‌های هلیوم با دیگر عنصرها می‌توان به پیوند وان‌دروالس اشاره کرد. نیروی وان‌دروالس، جزو نیروهای جاذبه یا دافعه است که بدون نیاز به پیوند کووالانسی یا یونی شکل می‌گیرد. در واقع پیوند کووالانسی یا یونی، با اشتراک‌گذاری الکترون‌ها بین اتم‌ها شکل می‌گیرد تا یک مولکول ایجاد شود. اما پیوند وان‌دروالسی، نیروی ضعیف‌تری است که بین مولکول‌ها یا اتم‌های منفرد شکل می‌گیرد، بی آنکه مولکولی ایجاد کند.

پیوند وان‌دروالس بین هلیوم و دیگر اتم‌ها وجود دارد. در دماهای بسیار پایین، هلیوم می‌تواند “مولکول‌های واندروالسی” ایجاد کند. مولکول‌های واندروالسی خوشه‌هایی از اتم‌ها یا مولکول‌ها هستند که نیروی اتصال دهنده‌ی آن‌ها بسیار ضعیف بوده و ناپایدار نیز هستند.

هلیوم واکنش پذیر نیست؛ زیرا آرایش الکترونی لایه‌ی بیرونی آن کامل است. در واقع آرایش الکترونی لایه‌ی آخر آن جایی برای به اشتراک‌گذاری الکترون با دیگر اتم‌ها ندارد تا پیوند ایجاد شود. اما این شرایط روی سطح زمین برقرار هستند.

هلیوم یکی از فراوان‌ترین عنصرهای هستی است و در شکل‌گیری ستاره‌ها و سیاره‌های غول‌پیکر نقش دارد. هلیوم در فضا و در هسته‌ی زمین، بسیار متفاوت عمل می‌کند. اکنون پژوهشگران موفق شده‌اند تا نخستین شواهد از این رفتار عجیب را بیابند.

آلکس بولدروف، یکی از اعضای تیم از ایالت یوتا می‌گوید:

فشارهای خیلی بالا، مثل فشار مرکز کره‌ی زمین یا فشار سیاره‌های گازی همسایه کاملا شیمی هلیوم را تغییر می‌دهد.

پژوهشگران از یک مدل کامپیوتری پیش‌بینی‌کننده‌ی ساختار کریستال استفاده کردند تا پیش‌بینی کنند که آیا در فشارهای خیلی بالا، ترکیب پایدار هلیوم-سدیم می‌تواند شکل بگیرد یا خیر. آن‌ها سپس این ترکیب، یعنی Na2He را در یک سندان الماس ساختند.

این سندان الماس امکان دستیابی به فشار ۱.۱ میلیون برابر فشار اتمسفری زمین را ممکن می‌سازد. بولدروف می‌گوید که این نتایج غیر قابل انتظار بودند و آن‌ها بیش از دو سال تلاش کردند تا بازخوان‌ها و سردبیران ساینس را متقاعد کنند که نتایج آن‌ها را چاپ کنند.

تیم با توجه به این نتایج پیش‌بینی می‌کند که تحت شرایط فشار ۱۰ میلیون برابر فشاری که آن‌ها به آن دست یافته اند، سدیم به راحتی با گاز هلیوم ترکیب می‌شود و ترکیب Na2He را ایجاد می‌کند. عجیب است که این ترکیب بدون هیچ پیوند شیمیایی که آن‌ها را در کنار هم نگاه دارد، ایجاد می‌شود.

ژائو دانگ از دانشگاه نانکای در چین در بیانیه‌ای گفته است:

ترکیبی که یافته‌ایم، بسیار ویژه است: اتم‌های هلیوم پیوند شیمیایی تشکیل نداده‌اند؛ اما حضور آن‌ها برهم‌کنش‌های شیمایی بین اتم‌های سدیم را تغییر داده و الکترون‌ها را داخل حفره‌های ساختار مکعبی مستقر کرده است.

در تصویر زیر، ساختار کریستالی Na2He را می‌بینید. اتم‌های سدیم به رنگ بنفش و اتم‌های هلیوم سبز هستند. الکترون‌ها فضاهای قرمز بین آن‌ها هستند.

ساخت ترکیب پایداری از هلیوم توسط دانشمندان شیمی

ساخت ترکیب پایداری از هلیوم توسط دانشمندان شیمی

 

پاپوف می‌گوید که پیوند تشکیل شده، پیوندی واقعی مانند پیوندهای یونی یا کووالانسی نیست؛ اما این هلیوم است که ساختار را پایدار کرده است. اگر اتم‌های هلیوم را حذف کنید، این ساختار پایدار نخواهد بود. در اینجا چند بازنمود دیگر از این ترکیب را می‌بینید. در تصویر سمت چپ، سدیم صورتی و هلیوم سفید است. در تصویر سمت راست، مکعب‌های سدیم و هلیوم خاکستری و الکترون‌ها قرمز هستند:

ساخت ترکیب پایداری از هلیوم توسط دانشمندان شیمی

ساخت ترکیب پایداری از هلیوم توسط دانشمندان شیمی

اخیرا شیمی دان‌ها اکتشافات خارج از قاعده‌ی زیادی انجام داده‌اند. تیم‌های جداگانه‌ای نخستین نمونه از هیدروژن فلزی و مولکول کربنی با ۶ پیوند (و نه چهارپیوند) را ساخته‌اند؛ اما چون این نتایج با عقل سلیم مطابقت ندارند، با شک بسیاری با آن‌ها برخورد می‌شود و معمولا کسی به سراغ تکرار آزمایش نمی‌رود. نتایج این مطالعه به نظر معتبر می‌رسند؛ بنابراین منتظر نتایج جالب آزمایش‌های بعدی خواهیم ماند.

هنری رپا، از کالج امپریال لندن، در این مطالعه شرکت نداشته است. او با مقایسه‌ی کشف هیدروژن فلزی و پیوندهای هلیوم می‌گوید:

این پژوهش علمی‌تر است. ترکیب هلیوم می‌تواند پیشرفتی بزرگ در علم باشد.

باید آزمایش‌های بیشتری انجام شوند تا اطلاعات بیشتری به دست بیاوریم. تا به اینجا به نظر می‌رسد که سال ۲۰۱۷ سالی است که بسیاری از باورهای شیمی قدیمی ما را به چالش کشیده است و نمی‌توان منتظر بود و دید که دیگر چه اکتشافاتی صورت خواهد پذیرفت.

farshad بازدید : 53 پنجشنبه 21 فروردین 1399 نظرات (0)

 دانستن مفهوم انتروپی کمک زیادی به درک بسیاری از پدیده‌های زندگی روزمره می‌کند و رویکردی جدید در توجیه پدیده‌ها خلق می‌کند.

انتروپی یک مفهوم بسیار حیاتی در علم فیزیک و شیمی است و پدیده‌های بسیاری را توضیح می‌دهد. برای مثال، حل شدن رنگ در آب، ذوب شدن یخ و خارج شدن هوا از سوراخ لاستیک خودرو را در نظر بگیرید. توضیح تمام این وقایع ریشه در مفهوم انتروپی دارند؛ با این حال، فهم انتروپی چندان هم ساده نیست و گاهی گیج‌کننده به نظر می‌رسد.

در دوران مدرسه و دانشگاه، کتاب‌های درسی ما، انتروپی را به‌عنوان معیاری برای سنجش بی‌نظمی معرفی کرده‌اند و این جمله‌ی معروف را بارها شنیده‌اید که انتروپی و بی‌نظمی جهان رو به افزایش است. البته چنین تعریفی نادرست نیست؛ اما درک خاصی از انتروپی به ما نمی‌دهد.

انتروپی و ارائه مفهوم آن به زبان ساده

انتروپی و ارائه مفهوم آن به زبان ساده

 

در واقع، انتروپی مفهومی است که به انرژی معنا می‌دهد؛ زیرا انرژی زمانی قابل استفاده است که قابلیت پخش شدن داشته باشد. انتروپی همان میزان تمایل، به پخش و انتشار یک انرژی انباشته شده است. در بسیاری از کتاب‌های درسی برای معرفی انتروپی از تمثیل اتاق مرتب و اتاق نامرتب استفاده می‌کنند و این‌طور نتیجه‌گیری می‌کنند که اتاق نامرتب انتروپی بیشتری از اتاق مرتب دارد. در صورتی که این نتیجه‌گیری دقیق نیست.  بی‌نظمی انتروپی از جنس بی‌نظمی تعریف شده در ذهن ما نیست. سیستمی که حجم بیشتری دارد، مکان‌های بیشتری هم برای حضور مولکول‌ها خواهد داشت و مولکول‌ها موقعیت‌های بیشتری برای جابه‌جایی دارند؛ پس در مقایسه ی این دو اتاق، انتروپی اتاقی بیشتر است که فضای بیشتری داشته باشد.

اهمیت انتروپی

برای درک بهتر مفهوم انتروپی می‌توان گریزی به تاریخ زد. اینکه چرا بحث انتروپی مطرح شد؟ و شناخت انتروپی قرار بود کدام نیاز بشر را رفع کند؟

شاید اهمیت کاربردی انتروپی به دوران انقلاب صنعتی برگردد. دورانی که موتورها و ماشین‌آلات مورد توجه عموم قرار گرفت؛ با این حال ماشین‌های بخار آن دوران توان تقریبی معادل ۱۰ اسب‌بخار! داشتند و نخستین موتورهای طراحی شده، با راندمانی کم‌تر از ۲ درصد کار می‌کردند.

انتروپی و ارائه مفهوم آن به زبان ساده

انتروپی و ارائه مفهوم آن به زبان ساده

 

به‌دنبال آن مهندسان به طراحی و ساخت موتورهای پربازده‌تر علاقه‌مند شدند. در همین دوران بود که رودلف کلاوزیوس، فیزیکدان آلمانی مفهوم انتروپی را به جهان معرفی کرد

قطعات یک موتور زمانی شروع به حرکت می‌کنند که سوخت وارده به آن، ایجاد گرما کند. در واقع در اینجا انرژی تمایل به انتشار خود از طریق آزاد کردن گرما را دارد. مشکلی که در خصوص راندمان موتورهای اولیه وجود داشت، این بود که گرمای آزاد شده به‌صورت متمرکز ایجاد نمی‌شد و همین باعث هدررفت انرژی و کاهش راندمان این دستگاه‌ها می‌شد. بنابراین درک انتروپی به ساخت موتورهایی با پخش انرژی متمرکزتر و راندمان بالاتر کمک کرد. در این برهه از تاریخ بود، که انتروپی جان گرفت!

انتروپی: یک پدیده‌ی آماری

فرض کنید یک زلزله‌ی شدید اتفاق می‌افتد و کل اتاق شما زیر و رو می‌شود! در این حالت انتظار دارید که کتاب‌های داخل قفسه‌ی کتابخانه‌تان در اطراف پراکنده شوند یا به‌صورت مرتب روی میز مطالعه‌تان قرار بگیرند؟ طبیعتا احتمال اول بر مبنای شهود شدنی‌تر است و احتمال دوم، حتی ممکن است احمقانه به نظر برسد!

انتروپی و ارائه مفهوم آن به زبان ساده

انتروپی و ارائه مفهوم آن به زبان ساده

 

پیش از این گفته شد که انتروپی شاخصی برای اندازه‌گیری میزان پخش و انتشار انرژی است. یک انرژی انباشته راه‌های زیادی برای آزاد شدن دارد. یک فنجان چای داغ را در نظر بگیرید که در معرض دمای اتاق قرار گرفته است. اگر یک لحظه قانون دوم ترمودینامیک را فراموش کنید، می‌توانید این احتمال را بپذیرید که امکان داغ‌تر شدن چای داخل فنجان هم وجود دارد!

از نظر ترمودینامیک آماری، یک فنجان چای داغ در هوای اتاق می‌تواند داغ‌تر هم بشود! اما احتمال آن بسیار کم است

در واقع از نقطه نظر آماری انرژی ناشی از برخوردهای مولکولی داخل فنجان می‌تواند متمرکز شده و چای را داغ‌تر کند. اما این احتمال عددی یک روی چند تریلیارد است! زیرا راه‌های آزاد شدن انرژی بیشتر از متمرکز شدن آن است.خودتان را به‌عنوان بخشی از این سیستم در نظر بگیرید. تمایل‌تان به خواندن یک کتاب بیشتر است یا تماشای یک ویدیوی کوتاه در اینستاگرام؟ در حالت طبیعی و خود به خود، انرژی شما متمایل به آزاد شدن طی یک مسیر ساده‌تر را دارد از این رو گزینه‌ی دوم محتمل‌تر است. گزینه‌ی اول هم بعید نیست اما نیاز به تمرکز انرژی دارد که از نظر آماری احتمال وقوع آن کم‌تر است.

در یک تحلیل آماری می‌توان ثابت کرد  که تعداد حالت‌‌های بی‌نظمی یک سیستم بسیار بیشتر از حالت‌های منظم آن است؛ بنابراین هیچ نیروی مرموزی، سیستم‌ها را به سمت انتروپی بیشتر سوق نمی‌دهد. بنابراین افزایش انتروپی تنها از دید آماری محتمل‌تر است. به همین دلیل، انتروپی پیکان زمان نامیده می‌شود و شاخصی برای تشخیص گذشت زمان است.

چرا انتروپی همیشه در حال افزایش است؟

برای درک بهتر این موضوع دو کمیت انرژی و انتروپی را با هم مقایسه می‌کنیم. انتروپی از جنس انرژی نیست. در ابتدای مطلب گفته شد که انتروپی شاخصی برای اندازه‌گیری تمایل انرژی به انتشار است؛ این واقعیت را طور دیگری هم می‌توان بیان کرد. انتروپی، فعالیت‌های تصادفی در یک سیستم را اندازه‌گیری می‌کند. در اینجا، منظور از تصادفی، وحشی بودن انرژی است که خود به خود مهار نشده و به کار فیزیکی تبدیل نمی‌شود. در واقع، انتروپی معیاری برای اندازه‌گیری انرژی تلف شده است! اندازه‌گیری بخشی از انرژی که به کار تبدیل نمی‌شود. ضمن اینکه انتروپی چگونگی توزیع و انتشار انرژی را در جهان مشخص می‌کند.

انتروپی و ارائه مفهوم آن به زبان ساده

انتروپی و ارائه مفهوم آن به زبان ساده

 

مقدار انرژی جهان بدون هیچ کم و زیاد شدنی، ثابت است؛ اما مسیرهایی که این انرژی آزاد می‌شود، در حال تغییر است. آزاد شدن انرژی‌های انباشته معادل افزایش انتروپی خواهد بود. در جهان، انرژی‌های انباشته‌ی زیادی وجود دارد که هنوز دست بشر به آن‌ها نرسیده است. در کنار سوخت‌های فسیلی که جزو انرژی‌های تجدیدناپذیر طبیعت هستند، منابع انرژی عظیمی در جهان وجود دارد که هنوز آن‌ها را به کار نگرفته‌ایم و امکان استفاده از آن‌ها وجود دارد. جدا از تمایل انرژی به آزاد شدن، گذر زمان با آزاد شدن حجم بالاتری از انرژی‌ همراه خواهد بود که باعث روند رو به افزایش انتروپی خواهد شد.

 انتروپی و قانون دوم ترمودینامیک

قانون دوم ترمودینامیک‌ با تمام هیاهویش فقط یک جمله دارد: انتروپی جهان در حال افزایش است!  این قانون با تمام خلاصه و مختصر بودنش، معنای عمیقی دارد و کمک بزرگی به درک ما از نحوه‌ی عملکرد فرآیندها در جهان هستی می‌کند. برای مثال این قانون به ما توضیح می‌دهد، چرا یک قابلمه‌ی داغ پس از مدتی سرد می‌شود، چرا بدن ما حتی در هوای سرد هم گرم باقی می‌ماند، چرا بنزین خودروی ما را راه می اندازد و پرسش‌های بی‌شماری که به‌صورت روزمره درگیر آن‌ها هستیم.  در واقع، قانون دوم ترمودینامیک، اصل اساسی صنایع شیمیایی است که در نیمی از قرن گذشته، مردم دنیا را از گرسنگی نجات داده است؛ تولید دارو، کودهای شیمیایی و تولیدات دیگری که به بقای طولانی‌تر بشر در زمین کمک کرده‌اند.

قانون دوم ترمودینامیک می‌گوید که انرژی در جهان مادی، به هر شکلی که باشد، یا پراکنده می‌شود یا گسترش پیدا خواهد کرد.  بنابراین انتروپی میزان خود به خود بودن فرآیندها را به‌صورت کمی اندازه‌گیری می‌کند و مشخص می‌کند که در یک دمای به‌خصوص، چه مقدار انرژی، آزاد شده است. به بیان دیگر، قانون دوم ترمودینامیک بیان می‌کند که هر فرایند در جهتی پیش می‌رود که انتروپی آن در سیستم افزایش پیدا کند.

عوامل مؤثر بر انتروپی

موارد مختلفی می‌توانند بر انتروپی یک سیستم تأثیرگذار باشند. در حالت کلی انتروپی تابعی از حجم و دما است و افزایش هر دوی این‌ها باعث افزایش انتروپی خواهد شد.با دادن گرما به یک سیستم، (برای مثال یک محفظه‌هوا) دمای آن افزایش پیدا می‌کند و به‌دنبال افزایش دما، تحرک یا همان انرژی جنبشی مولکول‌های سیستم هم بیشتر خواهد شد؛ بنابراین تعداد برخوردهای مولکولی افزایش پیدا کرده و آمادگی سیستم برای انتشار انرژی‌اش بیشتر می‌شود؛ در این حالت می‌توان، انتظار کار هم از سیستم داشت. چنانچه یک پیستون به سیستم متصل باشد، انرژی حرارتی می‌تواند باعث حرکت آن شود. (جرقه‌ی انقلاب صنعتی!)

با این حال، فقط بخشی از این گرما باعث حرکت پیستون می‌شود و قسمت عمده‌ی آن صرف افزایش برخوردهای مولکولی خواهد شد. حجم سیستم  هم یکی از عوامل تأثیرگذار بر افزایش انتروپی است. همان‌طور که در مثال اتاق مرتب و اتاق نامرتب گفته شد، سیستمی که حجم بیشتری دارد، مکان‌های بیشتری هم برای حضور مولکول‌ها خواهد داشت و مولکول‌ها موقعیت‌های بیشتری برای جابه‌جایی دارند؛ در نتیجه افزایش حجم یک سیستم به افزایش انتروپی منجر خواهد شد.

تغییر فاز مواد هم یکی از عوامل مؤثر بر انتروپی است. گذار از یک فاز به یک فاز دیگر می‌تواند با افزایش یا کاهش انتروپی همراه باشد. برای مثال فرایند ذوب نوعی تغییر فاز از جامد به مایع است. در فاز مایع، فضای مولکولی نسبت به جامد آزادتر است بنابرین در ذوب انتروپی افزایش پیدا می‌کند. در فرآیندی مانند چگالش که گاز به جامد تبدیل می‌شود، فضای مولکولی محدودتر شده و با کاهش انتروپی مواجه خواهیم بود.

انتروپی و پیکان زمان

زمان همواره در حال جریان است و فقط یک جهت رو به جلو دارد. به این ترتیب، هر آینده‌ای را به سمت گذشته می‌برد. آرتور ادینگتون، ستاره شناس بریتانیایی، این رفتار زمان را پیکان زمان نامیده است؛ در واقع همین حرکت نامتقارن زمان است که دنیای ما را به سمت تکامل سوق می‌دهد؛ به‌این ترتیب، از آغاز آفرینش تا بیگ‌بنگ و پایان جهان، روالی قابل توجیه است.

از قانون دوم ترمودینامیک برای توضیح بهتر این رفتار زمان استفاده می‌شود؛ انتروپی جهان، از آغاز بیگ‌بنگ تا به امروز روند رو به افزایش داشته است. به همین دلیل، جهان به سمتی پیش می‌رود که بین توزیع جرم و انرژی، تعادل برقرار کند؛ از این رو، در طول این فرایند، ستارگانی متولد می‌شوند، کهکشان‌هایی شکل می‌گیرند و واکنش‌های شیمیایی مختلفی به وقوع می‌پیوندند. در کنار این‌ها، مرگ و متلاشی شدن هم اتفاق می‌افتاد تا این تعادل حفظ شود.

اگر روال هستی به این شکل نبود، طبیعتا جهان به شکلی که اکنون می‌شناسیم، وجود نداشت. بدون پیکان زمان، از هیچ کهکشان و حیاتی خبری نبود. ضمن اینکه مرگ و نابودی هم وجود نداشت؛ زیرا دیگر جرم و انرژی در حال تبادل نبودند. از این رو، مفهوم انتروپی و کاربرد آن در قانون دوم ترمودینامیک، جالب توجه است؛ زیرا این مفهوم می‌تواند بین گذشته و آینده تمایز ایجاد کرده و جهت زمان را مشخص کند.

می‌دانیم، مقدار انرژی انباشته شده و پخش شده در جهان، محدود است و در نهایت این دو مقدار به یک تعادل خواهند رسید. در یک حالت تعادل کامل، تمام انرژی انباشته شده به انرژی آزاده شده تبدیل می‌شود و هیچ انرژی دیگری وجود ندارد؛ بنابراین در این شرایط، ستاره‌ای تشکیل نمی‌شود، واکنشی روی نمی‌دهد و حیاتی شکل نمی‌گیرد. به این ترتیب آنچه باقی می‌ماند، یک جهان سوت و کور خواهد بود! بنابراین، شاید بد نباشد توجه ویژه‌تری به انرژی‌های زندگی خود کنیم.

جهت مشاهده بیشتر مطالب اینجا کلیک کنید

www.shimisanat.com

اطلاعات کاربری
  • فراموشی رمز عبور؟
  • آرشیو
    آمار سایت
  • کل مطالب : 77
  • کل نظرات : 0
  • افراد آنلاین : 1
  • تعداد اعضا : 0
  • آی پی امروز : 21
  • آی پی دیروز : 27
  • بازدید امروز : 83
  • باردید دیروز : 45
  • گوگل امروز : 0
  • گوگل دیروز : 1
  • بازدید هفته : 259
  • بازدید ماه : 524
  • بازدید سال : 10,621
  • بازدید کلی : 21,526