بسم تعالي

دانشگاه پیام نور گناوه

دانشکده علوم پایه- گروه شیمی

رشته شیمی کاربردی

                                                     گزارش كار آز شيمي فيزيك1

نام آزمايش:   تعيين نقطه  ذوب مولي نفتالین                                                               تاريخ آزمايش:92/2/23

اعضاي گروه : مهدي كللي ، حسن حسيني لقب، فرشاد ذهاب                              ارائه دهنده: فرشاد ذهاباستاد:خانم دهقاني

هدف آزمايش: :  تعيين نقطه ذوب مولي نفتالين

وسايل لازم:  ترازو ، پیپت با پوار ، قیف شیشه ای ، ارلن ، شیشه ساعت ، حمام آب گرم، اسپاتول ،چسب نواري ، دماسنج ،گيره ، همزن ، لوله آزمايش

مواد لازم: نفتالين 99% ، بنزن 99.5 درصد ، آب

تئوري :

گرما سبب ازدياد حرکت مولکولهاي موجود در شبکه بلور جامد مي گردد اين ازدياد حرکت در هر سه بعد حرکت انتقالي و چرخشي و ارتعاشي صورت مي گيرد . حرکت مولکولها بتدريج زياد شده و کم کم قدرت پيوندهاي ميان ذرات کاهش مي يابد تا جايي که اين مولکولها از قيد شبکه رها شده و داراي حرکت آسانتري مي گردند . در اينگونه موارد اصطلاحاٌ گفته مي شود که جامد ذوب مي گردد حال اگر همچنان به ترکيب گرما داده شود حرکت مولکولها نيز افزايش يافته و تا جايي مي رسيم که مولکولها خود را از سطح مايع رها کرده و وارد فاز گاز مي شوند و باصطلاح مايع تبخير مي شود .

اگر اين فرايند در محيط بسيار بزرگي رخ دهد که تمام ذرات وارد شده به فاز گاز در محيط پراکنده شوند تمام ماده تبخير مي گردد ولي اگر محيط محدود باشد اين تبخير به جايي مي رسد که تعداد ذرات وارد شده به فاز گاز و خارج شده از آن به فاز مايع با هم برابر مي شوند و فرايند به حالت تعادل مي رسد در چنين مواقعي بخار ايجاد شده بر سطح مايع فشاري را به سطح مايع وارد مي کند که بنام فشار بخار معروف است .

درمورد دماي ذوب نيز نقش اساسي در بالا يا پايين بودن دوماي ذوب را پيوندهاي ميان ذرات ايفا مي کنند و هرچه پيوندهاي ميان ذرات محکمتر باشد دماي ذوب بالاتر است و به علت انسجام بالاي پيوندهاي کوولانسي معمولاٌ اينگونه مواد داراي دماي ذوب بالاتري نسبت جامدات يوني و يا مولکولي هستند چون اساساٌ پيوندهاي کوولانسي نسبت به پيوندهاي يوني و واندروالس و يا يون دو قطبي داراي استحکام بيشتري هستند .

در جنين مواردي با استفاده از مفهوم پتانسيل شيميايي و اين نکته که در حالت تعادل پتانسيل شيميايي يک جزء در دو يا چند فاز با هم برابر است مي توان براي چندين غلظت مختلف از حلال و مقدار معيني از گونه مورد آزمايش و با داشتن رابطه ميان کسر مولي و دماي ذوب ، دماي ذوب ماده مورد نظررا در حالت خالص آن يافت . در اين آزمايش بااستفاده از تولوئن دماي ذوب نفتالين يافته شده است .

نفتالين ماده اي آلي است با دو حلقه بنزني به هم پيوسته ، از خانواده هاي مواد آروماتيکي و با فرمول C₁₀H₈ است.

تولوئن نيز ماده اي آلي است با يک حلقه بنزني و در گروه آروماتيکي قرار دارد  با فرمول مولکولي C₆H₅-CH₃ اين ماده قادر است که نفتالين را در خود حل کند و در اين آزمايش بعنوان حلال استفاده مي گردد . بعلت همخانواده بودن نفتالين و تولوئن انحلال اين ماده در تولوئن تقريباٌ آسانتر از ساير مواد معدني صورت مي گيرد و ترکيب ايجاد شده داراي همگني بيشتري نسبت به ساير ترکيبات است .

  شرح آزمايش :

ابتدا از وسايلي كه متصدي آزمايشگاه در اختيار ما قرار داده است شيشه ساعت را برداشته و بوسيله ترازو هفت و نيم گرم نفتالين توزين كرده و وارد لوله آزمايشي كه از قبل تميز و خشك شده  مي كنيم و سپس 3 ميلي ليتر بنزن از زير هود به وسيله پيپت برداشته و به نفتالين درون لوله آزمايش افزوديم و دماسنج جيوه اي كه به وسيله چسب نواري به لوله ي آزمايش متصل شده است را درون گيره قار داده و آن را محكم مي كنيم دماسنج و لوله آزمايش از پايين بايد در يك سطح باشند . لوله آزمايش را به همراه دماسنج وارد حمام آب گرم كه از قبل آماده شده است كرديم و در اين حالت محلول را خوب هم مي زديم و اين كار را ادامه داديم تا نفتالين ذوب شد و محلول همگني بدست آمد در اين شرايط لوله آزماش را از حمام بيرون آورديم و در يك ارلن خالي قرار داديم به طوري كه با هيجا برخوردي نداشته باشد( تا دماي ديگر اجسام برآن تاثر نگذارند) و همزن را تميز كرده و منتظر مي شويم كه نفتالين شروع به جامد شدن كند و در اين هنگام همزن را در محلول نفتالين فرو برديم و وقتيبر روي همزن خودش را گرفت درجه حرارت را ياداشت كرديم . اين آزمايش را چهار مرتبه ي ديگر با اين تفاوت كه به جاي 3 ميلي ليتر بنزن 1 ميليتر به آن افزوديم را انجام داديم كه مقادير و اعدادي بدست آمد كه در جدول زير مشاهده مي كنيد

گرما سبب ازدياد حرکت مولکولهاي موجود در شبکه بلور جامد مي گردد اين ازدياد حرکت در هر سه بعد حرکت انتقالي و چرخشي و ارتعاشي صورت مي گيرد . حرکت مولکولها بتدريج زياد شده و کم کم قدرت پيوندهاي ميان ذرات کاهش مي يابد تا جايي که اين مولکولها از قيد شبکه رها شده و داراي حرکت آسانتري مي گردند . در اينگونه موارد اصطلاحاٌ گفته مي شود که جامد ذوب مي گردد حال اگر همچنان به ترکيب گرما داده شود حرکت مولکولها نيز افزايش يافته و تا جايي مي رسيم که مولکولها خود را از سطح مايع رها کرده و وارد فاز گاز مي شوند و باصطلاح مايع تبخير مي شود .

اگر اين فرايند در محيط بسيار بزرگي رخ دهد که تمام ذرات وارد شده به فاز گاز در محيط پراکنده شوند تمام ماده تبخير مي گردد ولي اگر محيط محدود باشد اين تبخير به جايي مي رسد که تعداد ذرات وارد شده به فاز گاز و خارج شده از آن به فاز مايع با هم برابر مي شوند و فرايند به حالت تعادل مي رسد در چنين مواقعي بخار ايجاد شده بر سطح مايع فشاري را به سطح مايع وارد مي کند که بنام فشار بخار معروف است .

درمورد دماي ذوب نيز نقش اساسي در بالا يا پايين بودن دوماي ذوب را پيوندهاي ميان ذرات ايفا مي کنند و هرچه پيوندهاي ميان ذرات محکمتر باشد دماي ذوب بالاتر است و به علت انسجام بالاي پيوندهاي کوولانسي معمولاٌ اينگونه مواد داراي دماي ذوب بالاتري نسبت جامدات يوني و يا مولکولي هستند چون اساساٌ پيوندهاي کوولانسي نسبت به پيوندهاي يوني و واندروالس و يا يون دو قطبي داراي استحکام بيشتري هستند .

در جنين مواردي با استفاده از مفهوم پتانسيل شيميايي و اين نکته که در حالت تعادل پتانسيل شيميايي يک جزء در دو يا چند فاز با هم برابر است مي توان براي چندين غلظت مختلف از حلال و مقدار معيني از گونه مورد آزمايش و با داشتن رابطه ميان کسر مولي و دماي ذوب ، دماي ذوب ماده مورد نظررا در حالت خالص آن يافت . در اين آزمايش بااستفاده از تولوئن دماي ذوب نفتالين يافته شده است .

نفتالين ماده اي آلي است با دو حلقه بنزني به هم پيوسته ، از خانواده هاي مواد آروماتيکي و با فرمول C₁₀H₈ است.

تولوئن نيز ماده اي آلي است با يک حلقه بنزني و در گروه آروماتيکي قرار دارد  با فرمول مولکولي C₆H₅-CH₃ اين ماده قادر است که نفتالين را در خود حل کند و در اين آزمايش بعنوان حلال استفاده مي گردد . بعلت همخانواده بودن نفتالين و تولوئن انحلال اين ماده در تولوئن تقريباٌ آسانتر از ساير مواد معدني صورت مي گيرد و ترکيب ايجاد شده داراي همگني بيشتري نسبت به ساير ترکيبات است .

سخني از بزرگان :

بدترين گناه آن است كه كاري را كه نمي تواني انجام     بدهي برعهده بگيري.

تغییر دردناک چهره زمین در عصر انسان

اگر زمین شناسانی از سیاره ای بیگانه ، ده ها میلیون سال بعد سیاره زمین را بررسی كنند، آیا ردپای واضح و متمایز انسان را در لایه های برهم انباشته سنگ و رسوبات زمین تشخیص خواهند داد؟

به بیان دیگر به همان سبك و سیاقی كه دایناسورها و حقیقت ناپدید شدنشان از صفحه روزگار به نشان گذاری و مشخص كردن دوران ژوراسیك و كرتاسه كمك كرد، آیا انسان هوشمند نیز یك دوران زمین شناسی با مختصات و سرگذشت خود را تعریف خواهد كرد؟

جالب است بدانید تعداد زیادی از دانشمندان كه برخی از آنها در سمپوزیوم یكروزه انجمن زمین شناسی بریتانیا در لندن گردهم جمع شده بودند، پاسخ مثبت به این پرسش می دهند. گردهمایی صاحب نظران درباره بازشناسی نقش انسان در سیاره و تعریف دوران زمین شناسی دیگری با محوریت بشر، در حالی به میزبانی زمین شناسان برگزار می شود كه حضور دانشمند برجسته ای همچون پل كراتزن، فرصت مغتنمی برای طرح این موضوع فراهم كرده است. این برنده نوبل شیمی از چند سال پیش كه نام جدیدی برای این دوران زمین شناسی پیشنهاد كرده، تحول و تغییر نگرشی اساسی در تفكرات علمی جهان را با نگاهی جدی به تعقیب ردپای انسان بر قامت سیاره یعنی آنجا كه پای دوران نوینی از زمین شناسی زمین با عنوان انتروپوسن یا عصر انسانی زمین به میان می آید، كلید زده است.

این دانشمند شیمیدان كه منافع جایزه نوبل خود را در افشا كردن نقش فرساینده و تحلیل برنده تركیبات شیمیایی مصنوع انسان برای لایه ازن محافظتی جو اختصاص داده است، این اصطلاح را اساسا تعبیری قراردادی برای مجموعه تغییراتی می داند كه با عاملیت انسان شناخته می شوند.

به اعتقاد وی، این موضوع كه عصر بشر، دورانی كوتاه یا بلند خواهد بود، معلوم نیست؛ اما برای نخستین بار در تاریخ ۷ / ۴میلیارد ساله زمین، یك موجود واحد نه تنها به حالتی افراطی و از لحاظ ریخت شناسی، شیمی و زیست شناسی زمین را تغییر داده است، بلكه اكنون نیز بر آنچه وقوع یافته و همچنان بر سر زمین می آید، واقف است.

دانشمند دیگر این جمع ارل الیس ـ استاد جغرافیا و بوم شناسی در دانشگاه مریلند ـ عصر بشر و كنش مالكانه انسان نسبت به زمین را این گونه تعبیر می كند: «ما زمین را از هم پاشیدیم و تصاحب كردیم». به باور وی، ما نمی دانیم در كل دوران انسانی چه اتفاقی قرار است بیفتد. می تواند خوب یا حتی بهتر باشد؛ اما لازم است به صورتی متفاوت و جهانی نسبت به تصرف مالكیت سیاره بیندیشیم.

در مورد دایناسورها، محتمل ترین نظریه آن است كه توسط سنگ آسمانی غول پیكری كه دمای زمین را تا زیر آستانه بقایشان سرد كرده محو و نابود شده اند. چنانچه درجه حرارت زمین، ۵ یا ۶ درجه سانتی گراد بالاتر رود (كه به قول اقلیم شناسان می تواند ظرف یك قرن اتفاق بیفتد) ، سرنوشتی مشابه دایناسورها، انتظار انسان ها را می كشد؛ اما باید توجه داشت دایناسورها تا قبل از آن كه سنگریزه ای كیهانی به دوران زندگیشان پایان دهد، بیشتر از ۱۵۰ میلیون سال حیات داشته اند. این واقعیت در حالی است كه انسان، تنها سابقه حضوری حدود ۲۰۰ هزار ساله روی زمین را پشت سر دارد كه در مقام مقایسه با دایناسورها، چشم برهم زدنی در زمین شناسی به حساب می آید.

تفاوت كلیدی دیگر بین انقراض دایناسورها و وضعیت آتی انسان ها در این است دایناسورها از چیزی كه بر سرشان خراب شده، بی اطلاع بودند و بالطبع در مرگ و نابودی خودشان نقش و دخالتی نداشتند؛ اما در مقابل، انسان ها معماران اصلی تغییرات بیشماری بوده اند كه برای نظام زمین، تهدیدآمیز به شمار می روند. با آن كه كراتزن یك دهه قبل، عبارت انتروپوسن را ابداع كرد اكنون و با توجه به اوضاع و احوال سیاره ابتكار عمل این دانشمند در نامگذاری عصر انسانی و دوران انتروپوسن بیش از پیش در اظهارات صاحب نظران و اهل فن خودنمایی می كند. با این تفاصیل، برخی صاحب نظران نیز به نوعی به اغراق و بزرگنمایی در این جریان معتقدند و این موضوعات را ـ در یك سطح و تراز ـ به فضل فروشی یا مته به خشخاش گذاشتن نزدیك می دانند.

به عنوان نمونه ای از این واكنش ها، پیرامون این موضوع كه حضور نوع بشر و نشان گذاری زمین شناختی آینده، استحقاق بازشناسی توسط كمیسیون بین المللی چینه شناسی را دارد یا خیر، اختلاف نظرهای زیادی میان كارشناسان حوزه زمین شناسی در جریان است. در عین حال این مفهوم، ما را به تفكر و تعمق وامی دارد كه آیا اثر متفاوت و فوق العاده بشریت بر سیاره می تواند به پیامدهای ناخواسته، نامطلوب و چه بسا كنترل ناپذیر بینجامد و در صورت مثبت بودن جواب، بشریت باید در قبال آن، چه كاری صورت دهد.

برای پاسخ به این سوال ژان زلاسیویچ، استاد دانشگاه لیستر، سرپرستی گروهی از زمین شناسان را برای ماموریتی سفارشی برعهده دارد. ماموریت خطیر گروه، طرح پیشنهادی برای این مساله است كه دوران انتروپوسن را باید به ۱۵۰ و اندی قرن ـ شامل عصرها، عهدها، دوران ها، مبادی و حوادث تاریخی ـ اضافه كرد كه این ۶ / ۳ میلیارد سال واپسین از تاریخ زمین، رسما در دل آن تقسیم شده است. ارائه پیشنهادی برای این مساله در حالی است كه برایان لاول، استاد كمبریج و رئیس انجمن زمین شناسی بریتانیا نیز بر پیچیدگی و دشواری كار این گروه تاكید می كند و معتقد است آنها باید مفاهیم ضمنی این قضیه را با استفاده از معیارها و ضوابط كلاسیك تشخیص دهند؛ چراكه هنوز شواهد كافی برای بازشناسی و تشخیص رسمی یك مرز جدید در سوابق زمین شناسی وجود ندارد.

به اعتقاد دانشمندان، تغییر تند و ناگهانی ـ در یك مقیاس زمانی زمین شناسی ـ كه ساخته و پرداخته انسان باشد، بسیار وحشت آور خواهد بود. پیش بینی و ترسیم چنین تصویر دردناكی از عملكرد انسان بر زمین در حالی است كه تصویر معاصر زمین گواهی می دهد سوزاندن سوخت های فسیلی تركیب جو را تغییر داده و غلظت دی اكسیدكربن را تا سطوحی پوشیده از نظر و ناپیدا حداقل برای ۸۰۰ هزار سال و چه بسا ۳ میلیون سال به جلو رانده است. پیامد گرمایش جهانی به خودی خود، تغییرات دیگری را در مقیاس جهانی و سیاره ای به جریان انداخته است؛ ذوب كلان و حجیم یخ پوسته (بخش هایی از زمین كه به طور عادی از یخ و برف پوشیده اند) و همچنین اسیدی شدن اقیانوس ها ازجمله نمونه های شاخص و مطرح تغییرات پیروی گرمایش جهانی به شمار می روند.

در طول نیم میلیارد سال گذشته، ۵ مورد نابودی كامل از این دست وجود داشته است و اكنون در حالی بیشتر دانشمندان متفق القول از ورود ما به ششمین مورد آن خبر می دهند كه نرخ ناپدید شدن گونه ها در این انهدام كلی ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ برابر میزانی است كه در اصطلاح نرخ زمینه گفته می شود. شاخص كلیدی دیگری كه در این عرصه مطرح می شود و از هم اكنون نیز شاهد خودنمایی آن در حد یك پدیده جهانی و معضل زیست محیطی آبی هستیم، طغیان گونه های مهاجم مهاجر است از طریق مخازن آب تعادل كشتی ها، سفرهای هوایی و سایر سفرهای قاچاقی صورت می پذیرد.

این حادثه سراسری یا به اعتقاد دانشمندان «رویداد همگون شدن جمعی» اتفاقی نادر در سابقه باستان شناسی یك میلیون ساله از زمان حاضر به شمار خواهد رفت. این تغییر و دگرگونی سراسری به نحوی خواهد بود كه حتی پوسته بیرونی سیاره ـ سنگ كره یا لیتوسفر ـ نیز دچار دگرگونی و تغییر شكل می شود.

در همین رابطه و در مقام قیاس و تشبیه عملكرد آینده انسان در آنچه تجدید نیمرخ و تغییر شكل زمین عنوان می شود، شاید یادآوری تصویری از گذشته نه چندان دور كه جیمز سیویتسكی ـ استاد دانشگاه كلرادو و از مدعوین این همایش ـ به آن اشاره می كند، راهگشا باشد.

طبق توصیف جالب وی، ما همچنان مشغول تراشیدن و حجاری سطح زمین هستیم. این گفته درواقع اشاره به ۲ قرن عملیات معدن كاری در مقیاس صنعتی، جنگل زدایی و كشاورزی دارد. به عنوان نمونه تنها هزاران سدی كه از اواسط قرن نوزدهم ساخته شده اند، شكل سیستم آبی سیاره زمین را به كلی تغییر داده است.

با این اوصاف، چنین به نظر می رسد كه برای تایید اعتبار و اثبات مفهوم انتروپوسن یا عصر انسانی زمین، تمامی این گونه تغییرات مقارن دامنه تغییر موجود در دوره زمین شناختی فعلی ما ـ دوران هولوسین ـ اندازه گیری و سنجیده خواهد شد؛ عصری كه از حدود ۱۲ هزار سال قبل و به موازات خروج زمین از آخرین عصر یخبندان آغاز شده است. از سویی زمین شناسان معتقدند نفوذ و تاثیر انسان بر محیط جهانی باید نظام زمین را ظاهرا و منطقا به جایی آن سوی منحنی تغییرپذیری دوران هولوسین رانده باشد؛ اگر سنجش كلیدی را غلظت دی اكسیدكربن در جو (برحسبppm ) بدانیم این غلظت، در دامنه ۲۶۰ تا ۲۸۵ ppm برای تقریبا ۱۲ هزار سال باقی مانده، اما امروزه این میزان در ۳۹۰ ppm قرار دارد و به طور قابل ملاحظه ای به مقادیر بالاتری طی دهه های پیش رو صعود می یابد.

در این میان، چنانچه شبكه بی اندازه پیچیده فعل و انفعالات شیمیایی و زیستی كه متحمل بخش اعظم حیات و تداوم و حفظ آن است، به صورتی خطرناك تعادلش برهم بخورد، سیاره ما موازنه نوینی به خود خواهد دید، به نحوی كه در گذشته نیز چنین تجربه ای را از سر گذرانده است. البته انسان ها ممكن است این گذار و تحول را سخت و گران تر از گذشته بیابند. چنین زمینی به اعتقاد دانشمندان سیاره ای گرم تر، توفانی تر و با تنوع زیستی كمتر خواهد بود و ما نیز به عنوان موجودیت ساكن در آن نیازمند انعطاف پذیری زیادی خواهیم بود.

درخصوص توضیح و تعریف دقیق مفهوم دوران انتروپوسن، مساله زمانبندی نیز به عنوان پرسش و محل تردید قضیه مطرح است. برخی پژوهشگران طرفدار تاریخ گذاری این عصر با شروع كشاورزی هستند كه موعد آن را به حدود ۸۰۰۰ سال پیش ارجاع می دهد. با وجود این، نظر بیشتر صاحب نظران بر آن است كه چكش این میخ طلایی را در میانه قرن نوزدهم بزنند یعنی زمانی كه موتور بخار و به دنبال آن سوخت های فسیلی رسما ضربه مهلكی را به سیاره زمین زدند كه البته این روند هنوز هم در حال سرعت گرفتن است.

شاید یادآوری این نكته خالی از لطف نباشد كه تنها ۶ دهه پیش و حوالی سال ۱۹۵۰، این روند سرعت گرفت كه از آن با عنوان شتاب بزرگ یاد می شود و شاخص های كلیدی زیادی را به نمایش گذاشت كه روی نمودار، همانند موشكی آماده خیزبرداشتن هستند؛ شاخص هایی همچون جمعیت، سدبندی رودخانه ها، مصرف آب و كودهای شیمیایی، مصرف كاغذ، گردشگری و وسایل نقلیه از جمله مثال های مطرح آن به شمار می روند. همین موارد به نوبه خود به افزایش غلظت گازهای گلخانه ای، تقلیل ازن، ایجاد سیلاب های بزرگ، كاهش منابع شیلات و ماهیگیری، زوال جنگل ها و تلفات گونه ها دامن زده است. جالب اینجاست تغییر شكل و دگرگونی چشمگیری كه تاكنون در زمین شاهد آن بوده ایم، عمدتا از ناحیه ۲۰ درصد از جمعیت جهان كه در كشورهای توسعه یافته و ثروتمند زندگی می كنند، صورت گرفته است.

با این اوصاف، برای صاحب نظرانی همچون كراتزن كه نام انتروپوسن یا عصر انسانی را به مجموعه این تغییر و دگرگونی ها اطلاق می كنند، جای امیدواری وجود دارد كه طرح این عبارت به متمركز ساختن ذهن و اندیشه بشریت نسبت به چالش های پیش روی وی و سیاره كمك كند. به واقع همان گونه كه این دانشمند در همایش لندن خاطرنشان كرد، این تعبیر قراردادی، می تواند به عنوان یك تغییر الگویی تمام عیار در تفكر علمی جهان مطرح شود؛ البته این مهم پیش از آن كه به طور رسمی پذیرفته شود، احتمالا ۲۰ سال دیگر زمان خواهد برد.

برف چگونه تشکیل میشود؟
تشکیل دانه برف هنگامی شروع می شود که بخار آب بر روی دانه های ذره بینی غبار متراکم می شود
ساختمان منحصر به فرد یک دانه بزرگ برف ناشی از واکنش های شیمیایی و درجه حرارت دائما در حال تغییر است.
دانه برف پیش از آن که به پایین حرکت کند، به سوی بالا حرکت می کند:
۱) در حالی که قطره آب به سوی بالا حرکت می کند، به صورت یک منشور شش وجهی منجمد می شود.
۲) به علت آنکه یخ در نزدیک لبه ها سریع ترین رشد را دارد، حفره هایی درون آن تشکیل می شود.
۳) رشد سریع تر در گوشه های بلور باعث می شود که آن به صورتی شش شاخه بزرگ شود.
۴) با ادامه صعود بلور برف، هوا سردتر می شود و در منهای ۱۲ درجه سانتی گراد شاخه ها پهن هستند.
۵) در منهای ۱۳ درجه سانتی گراد رشد شاخه های بلوری باریک تر می شود.
۶) در منهای ۱۴ درجه سانتی گراد شاخه های جانبی هم روی بلور برف شروع به رشد یافتن می کنند. بلورها به یکدیگر می چسبند و دانه های برف را تشکیل می دهند.
هنگامی که این دانه به اندازه کافی سنگین شد تا بر نیروی هوای در حال صعود غلبه کند، به پایین می افتد.
۷) هنگامی که دانه برف سقوط می کند، هوای گرمتر باعث می شود که شاخه های جانبی بیشتری با نوک های طویل تر و باریک تر روی آن تشکیل شود.

منبع:همشهری آنلاین

نابغه
هایی که کودن شمرده می شدند !!!

۱- آلبرت انیشتن: در کودکی دچار بیماری
دیسلسیک بود. یعنی معنی و مفهوم کلمات و عبارات را درست تشخیص نمی داد. معلم آلبرت
انیشتن او را عقب مانده ذهنی، غیر اجتماعی و همیشه غرق در رویاهای احمقانه توصیف می
کرد، ضمنا وی دوبار در امتحانات کنکور دانشگاه پلی تکنیک زوریخ مردود
شد!!

۲- توماس ادیسون: که معلمانش از آموزش او در
مدرسه عاجز مانده بودند در تمام طول تحصیل کم ترین نمره ها را از درس فیزیک می گرفت
ولی همین شخص بعدها موفق شد بیش از هزار وصد و پنجاه اختراع به جامعه بشریت عرضه
کند که بیشتر آنها در زمینه علم فیزیک بوده است!!

۳- بتهون:
معلم او می گفت در طول زندگیش “اوچیزی یاد نخواهد گرفت”

۴- پیکاسو:
یکی از معروفترین نقاشان جهان بدون کمک و حضور پدرش که در زمان امتحانات کنارش می
نشست نمی توانست در درس هایش نمره قبولی کسب کند!!

۵- هیلتون:
که مالک بیش از ۳۰۰ هتل در سرتاسر دنیاست در دوران کودکی برای گذران زندگی مجبور
بود کف سالنها و هتل ها را طی بکشد!!

۶- جیمز وات: که مخترع ماشین
بخار بود فردی کودن توصیفش می کردند!!

۷- امیل
زولا: نویسنده بزرگ فرانسوی دانش آموزی تنبل بود که در مدرسه از
درس ادبیات معمولا نمره صفر می گرفت!

۸- ناپلئون بنا پارت:
مدرسه خود را با رتبه ۴۲ به عنوان یک دانش آموز غیر ممتاز ترک
کرد!!

۹- لویی پاستور: در مدرسه یک محصل متوسط بود و در
دوره لیسانس در درس شیمی بین ۲۲ نفر رتبه ۲۲ را کسب
کرد!

طنز هیدروژنی

لیتیم به سدیم گفت او گاه برای برقراری پیوندها با ما اظهار تمایل می‌كند. كِی این رسم بین ما بود؟


سدیم: شنیده‌ام H كاملاً عریان است و هیچ پوششی از الكترون ندارد. واقعاً بی‌شرمی نیست؟


لیتیم: اگر الكترون هم پیدا كند. گاز می‌شود, فرار می‌كند. او بندبشو نیست. ما عنصر گازی نداشتیم؟


سدیم: اگر H در فعالیت‌های الكترولیتی مانند ما به كاتد می‌رود یك نیرنگ است. شنیده‌ایم گاه در چهره‌ی هیدرید H و به طور مذاب به آند می‌رود.


لیتیم: پیوند ما با عناصر دیگر از جمله هالوژن‌ها یونی است. كووالانسی نیست. امّا او پیوند كووالانسی برقرار می‌كند.


سدیم: بلی ما در خانواده‌ی خود عنصری این گونه دورو نداریم. او گاه كاتیون و گاه آنیون می‌شود.


لیتیم: فعالیت ما در حالت فلزی زبانزد خاص و عام است. برّاق و رسانای الكتریسیته هم هستیم او چه شباهتی به ما دارد؟


سدیم: درست است او از تبار ما نیست. ما كِی آنیون شده‌ایم؟ باید عذرش را خواست.


هیدروژن سراغ خانواده‌ی هالوژن‌ها می‌رود و خود را منسوب به آن‌ها معرفی می‌كند و می‌گوید: من مانند فلوئوروكلر گازی شكل هستم. حتی با همة كوچكی و سبكی حجمی برابر آن‌ها اشتغال می‌كنم (4/22 لیتر), شما بیشترین تمایل وصلت را با قلیایی‌ها دارید. من هم بی‌میل نیستم. من به صورت ملكولی مانند شما دو اتمی هستم.


آن‌ها او را پذیرفتند, امّا زمانی بعد احساس می‌كنند این یك وجبی آن‌ها را فریب داده است, چرا كه او كاهنده است و آن‌ها اكسنده. او چه ربطی به آن‌ها دارد. عذرش را می‌خواهند.


هیدروژن سراغ خانواده‌ی كربن می‌رود و اظهار هم‌بستگی می‌كند و می‌افزاید لایه‌ی ظرفیت من مانند لایه‌ی ظرفیت شما نیمه‌پر است. ما الكترونگاتیویته مشابه داریم و به جای پیوند یونی پیوند كووالانسی برقرار می‌كنیم. اما الماس و سیلیسیم با آن وقار و داشتن شبكه وسیع كووالانسی از ابتدا نسبتی بین خود و آن جزء ناچیز ندیدند و بی‌اعتنا طردش كردند. بلی هیدروژن از آن به بعد گوشه‌ی تنهایی برگزید و دانست كسی كه چند چهره دارد تنها می‌ماند.

طنز هیدروژنی

لیتیم به سدیم گفت او گاه برای برقراری پیوندها با ما اظهار تمایل می‌كند. كِی این رسم بین ما بود؟


سدیم: شنیده‌ام H كاملاً عریان است و هیچ پوششی از الكترون ندارد. واقعاً بی‌شرمی نیست؟


لیتیم: اگر الكترون هم پیدا كند. گاز می‌شود, فرار می‌كند. او بندبشو نیست. ما عنصر گازی نداشتیم؟


سدیم: اگر H در فعالیت‌های الكترولیتی مانند ما به كاتد می‌رود یك نیرنگ است. شنیده‌ایم گاه در چهره‌ی هیدرید H و به طور مذاب به آند می‌رود.


لیتیم: پیوند ما با عناصر دیگر از جمله هالوژن‌ها یونی است. كووالانسی نیست. امّا او پیوند كووالانسی برقرار می‌كند.


سدیم: بلی ما در خانواده‌ی خود عنصری این گونه دورو نداریم. او گاه كاتیون و گاه آنیون می‌شود.


لیتیم: فعالیت ما در حالت فلزی زبانزد خاص و عام است. برّاق و رسانای الكتریسیته هم هستیم او چه شباهتی به ما دارد؟


سدیم: درست است او از تبار ما نیست. ما كِی آنیون شده‌ایم؟ باید عذرش را خواست.


هیدروژن سراغ خانواده‌ی هالوژن‌ها می‌رود و خود را منسوب به آن‌ها معرفی می‌كند و می‌گوید: من مانند فلوئوروكلر گازی شكل هستم. حتی با همة كوچكی و سبكی حجمی برابر آن‌ها اشتغال می‌كنم (4/22 لیتر), شما بیشترین تمایل وصلت را با قلیایی‌ها دارید. من هم بی‌میل نیستم. من به صورت ملكولی مانند شما دو اتمی هستم.


آن‌ها او را پذیرفتند, امّا زمانی بعد احساس می‌كنند این یك وجبی آن‌ها را فریب داده است, چرا كه او كاهنده است و آن‌ها اكسنده. او چه ربطی به آن‌ها دارد. عذرش را می‌خواهند.


هیدروژن سراغ خانواده‌ی كربن می‌رود و اظهار هم‌بستگی می‌كند و می‌افزاید لایه‌ی ظرفیت من مانند لایه‌ی ظرفیت شما نیمه‌پر است. ما الكترونگاتیویته مشابه داریم و به جای پیوند یونی پیوند كووالانسی برقرار می‌كنیم. اما الماس و سیلیسیم با آن وقار و داشتن شبكه وسیع كووالانسی از ابتدا نسبتی بین خود و آن جزء ناچیز ندیدند و بی‌اعتنا طردش كردند. بلی هیدروژن از آن به بعد گوشه‌ی تنهایی برگزید و دانست كسی كه چند چهره دارد تنها می‌ماند.

طنز هیدروژنی

لیتیم به سدیم گفت او گاه برای برقراری پیوندها با ما اظهار تمایل می‌كند. كِی این رسم بین ما بود؟


سدیم: شنیده‌ام H كاملاً عریان است و هیچ پوششی از الكترون ندارد. واقعاً بی‌شرمی نیست؟


لیتیم: اگر الكترون هم پیدا كند. گاز می‌شود, فرار می‌كند. او بندبشو نیست. ما عنصر گازی نداشتیم؟


سدیم: اگر H در فعالیت‌های الكترولیتی مانند ما به كاتد می‌رود یك نیرنگ است. شنیده‌ایم گاه در چهره‌ی هیدرید H و به طور مذاب به آند می‌رود.


لیتیم: پیوند ما با عناصر دیگر از جمله هالوژن‌ها یونی است. كووالانسی نیست. امّا او پیوند كووالانسی برقرار می‌كند.


سدیم: بلی ما در خانواده‌ی خود عنصری این گونه دورو نداریم. او گاه كاتیون و گاه آنیون می‌شود.


لیتیم: فعالیت ما در حالت فلزی زبانزد خاص و عام است. برّاق و رسانای الكتریسیته هم هستیم او چه شباهتی به ما دارد؟


سدیم: درست است او از تبار ما نیست. ما كِی آنیون شده‌ایم؟ باید عذرش را خواست.


هیدروژن سراغ خانواده‌ی هالوژن‌ها می‌رود و خود را منسوب به آن‌ها معرفی می‌كند و می‌گوید: من مانند فلوئوروكلر گازی شكل هستم. حتی با همة كوچكی و سبكی حجمی برابر آن‌ها اشتغال می‌كنم (4/22 لیتر), شما بیشترین تمایل وصلت را با قلیایی‌ها دارید. من هم بی‌میل نیستم. من به صورت ملكولی مانند شما دو اتمی هستم.


آن‌ها او را پذیرفتند, امّا زمانی بعد احساس می‌كنند این یك وجبی آن‌ها را فریب داده است, چرا كه او كاهنده است و آن‌ها اكسنده. او چه ربطی به آن‌ها دارد. عذرش را می‌خواهند.


هیدروژن سراغ خانواده‌ی كربن می‌رود و اظهار هم‌بستگی می‌كند و می‌افزاید لایه‌ی ظرفیت من مانند لایه‌ی ظرفیت شما نیمه‌پر است. ما الكترونگاتیویته مشابه داریم و به جای پیوند یونی پیوند كووالانسی برقرار می‌كنیم. اما الماس و سیلیسیم با آن وقار و داشتن شبكه وسیع كووالانسی از ابتدا نسبتی بین خود و آن جزء ناچیز ندیدند و بی‌اعتنا طردش كردند. بلی هیدروژن از آن به بعد گوشه‌ی تنهایی برگزید و دانست كسی كه چند چهره دارد تنها می‌ماند.

واکنش پذیری

دانش آموزی از من پرسید : آقا اجازه چرا واکنش پذیری فلزهای قلیایی از قلیایی خاکی بیشتره ؟ حکایتی از ادبیات کلاسیک کشورمان با این مضمون برایش تعریف کردم : فرزند توانگری به فرزندی درویشی طعنه زد که قبر پدر تو مشتی خاک و گچ است اما قبر پدر من مجلل و با شکوه سرپا ایستاده است . فرزند درویش بلافاصله در جوابش گفت تا پدر تو بخواهد از زیر این همه آهن و سنگهای قیمتی بیرون بیاید پدر من به بهشت رسیده است .در اینجا نیز تا فلزهای قلیایی خاکی بخواهند دو الکترون لایه ظرفیت خود را از دست دهندو به آرایش پایدار گاز نجیب برسند فلزهای قلیایی با از دست دادن فقط یک الکترون فوری این کار را انجام می دهند .

لهي نامه ي شيمي...

*خدايا تك الكتروني هستم درمدارمعصيت،مراازترازمعصيت به ترازاصلي كمال بازگردان وبه هسته ي معرفت نزديك كن...

*الهي مراثابت قدم كن تاهم چون cs(سزيم)كمترين ميل رابه گرفتن الكترونگاتيوي گناه داشته باشم...

*الهي قلبم راحرم امن خودت كن تااوربيتال خالي قلبم به دست شيطان هواوهوس نيفتدومثل N(نيترو‍‍‍ژن)وo(اكسيژن)وF(فلوئور)وNe(نئون)هميشه غيربرانگيخته دربرابرمحرمات باشم...

*الهي كاش غم هاي دلم درزلال اشك هايم هم چون نيتراتها درآب حل شوند...

*خدايا عظمت رادرنگاه من درخواص شدتي ايمان افرادقرارده،نه درخواص مقداري آنها...

*وبالاخره...خدايا كاري كن درگرماي رازونيازباتو،سوختني كامل داشته باشم.........               

"آمين

لهي نامه ي شيمي...

*خدايا تك الكتروني هستم درمدارمعصيت،مراازترازمعصيت به ترازاصلي كمال بازگردان وبه هسته ي معرفت نزديك كن...

*الهي مراثابت قدم كن تاهم چون cs(سزيم)كمترين ميل رابه گرفتن الكترونگاتيوي گناه داشته باشم...

*الهي قلبم راحرم امن خودت كن تااوربيتال خالي قلبم به دست شيطان هواوهوس نيفتدومثل N(نيترو‍‍‍ژن)وo(اكسيژن)وF(فلوئور)وNe(نئون)هميشه غيربرانگيخته دربرابرمحرمات باشم...

*الهي كاش غم هاي دلم درزلال اشك هايم هم چون نيتراتها درآب حل شوند...

*خدايا عظمت رادرنگاه من درخواص شدتي ايمان افرادقرارده،نه درخواص مقداري آنها...

*وبالاخره...خدايا كاري كن درگرماي رازونيازباتو،سوختني كامل داشته باشم.........               

"آمين

شخصیت های‌ برتر فناوری نانو

نائومی هالاس و جنیفر وست؛ کاشفان نانوپوسته

دکتر نائومی هالاس ، استاد شیمی دانشگاه رایس، در سال 1987، بر روی سولیتون پالس تیره  در شرکت آی‌بی‌ام (IBM)، کار می‌کرد. سولیتون پالس تیره، عبارت است از یک موج ساکن که توسط فیبر نوری منتشر می‌شود و شامل یک وقفه‌ی کوتاه از پالس نور است.  ا در اواسط سال 1990 به استخدام دانشگاه رایس درآمد، و اکنون رئیس بخش نانومهندسی آن می‌باشد. او کارش را بر روی نانوپوسته‌هایی از جنس فلزات نجیب، با هسته‌های نیمه‌رسانا یا عایق متمرکز کرد. یک ناپوسته، پوسته‌ای کروی به قطر 100 نانومتر و از جنس فلزات (معمولاً طلا) می‌باشد که هسته‌ای از اتم‌های دی‌اکسید سیلیکون را احاطه می‌نماید.

واحد هالاس در دانشگاه رایس، ویژگی‌های نانوپوسته‌هایی را بررسی می‌نماید که شامل یکی از موارد  زیر باشد:

• درمان بالقوه سرطان، مشابه شیمی‌درمانی، اما بدون خطرات جانبی سمی

• تحلیل سریع و ارزان نمونه‌هایی به کوچکی یک مولکول منفرد

دکتر جنیفر وست ، استاد بیومهندسی دانشگاه رایس است، که به سبب پژوهش‌های‌اش در زمینه‌ی ساخت عروق خونی مصنوعی، از طرف مجله‌ی «تکنولوژی ریویر»  به عنوان یکی از 100 جوان مبتکر جهان، در سال 2003 معرفی شد. او مدرک کارشناسی خود را در سال 1992 در رشته‌ی مهندسی شیمی از دانشگاه ماساچوست، و در سال 1994، مدرک کارشناسی ارشد خود را در رشته‌ی مهندسی پزشکی از دانشگاه تگزاس، دریافت نمود. وی در دانشگاه تگزاس رشته‌ی مهندسی پزشکی را در مقطع دکترا نیز ادامه داد. یکی از زمینه‌های تحقیقاتی خانم وست، کاربردهای دارویی نانوپوسته‌ها می‌باشد.

خانم وست به همراه خانم هالاس، در دهه 1990 موفق به کشف نانوپوسته‌ها شدند و از آن‌ها برای درمان سرطان بهره گرفتند. در سال 1999، این دو به اتفاق هم، شرکت «نانواسپکترا بیوساینس»  را تأسیس نمودند، که هدف آن پژوهش بر روی نانوذراتی است که در درمان سرطان به کار می‌رود. وب‌گاه «Nanotehnology Now» کار هالاس و وست را به عنوان برترین کشف سال 2003 معرفی نمود.

برای اطلاعات بیش‌تر می‌توانید به سایت آموزشی خانم هالاس مراجعه نمایید:

(Halas Nanophotonics Group (http://www.halas.rice.edu

شخصیت های‌ برتر فناوری نانو

نائومی هالاس و جنیفر وست؛ کاشفان نانوپوسته

دکتر نائومی هالاس ، استاد شیمی دانشگاه رایس، در سال 1987، بر روی سولیتون پالس تیره  در شرکت آی‌بی‌ام (IBM)، کار می‌کرد. سولیتون پالس تیره، عبارت است از یک موج ساکن که توسط فیبر نوری منتشر می‌شود و شامل یک وقفه‌ی کوتاه از پالس نور است.  ا در اواسط سال 1990 به استخدام دانشگاه رایس درآمد، و اکنون رئیس بخش نانومهندسی آن می‌باشد. او کارش را بر روی نانوپوسته‌هایی از جنس فلزات نجیب، با هسته‌های نیمه‌رسانا یا عایق متمرکز کرد. یک ناپوسته، پوسته‌ای کروی به قطر 100 نانومتر و از جنس فلزات (معمولاً طلا) می‌باشد که هسته‌ای از اتم‌های دی‌اکسید سیلیکون را احاطه می‌نماید.

واحد هالاس در دانشگاه رایس، ویژگی‌های نانوپوسته‌هایی را بررسی می‌نماید که شامل یکی از موارد  زیر باشد:

• درمان بالقوه سرطان، مشابه شیمی‌درمانی، اما بدون خطرات جانبی سمی

• تحلیل سریع و ارزان نمونه‌هایی به کوچکی یک مولکول منفرد

دکتر جنیفر وست ، استاد بیومهندسی دانشگاه رایس است، که به سبب پژوهش‌های‌اش در زمینه‌ی ساخت عروق خونی مصنوعی، از طرف مجله‌ی «تکنولوژی ریویر»  به عنوان یکی از 100 جوان مبتکر جهان، در سال 2003 معرفی شد. او مدرک کارشناسی خود را در سال 1992 در رشته‌ی مهندسی شیمی از دانشگاه ماساچوست، و در سال 1994، مدرک کارشناسی ارشد خود را در رشته‌ی مهندسی پزشکی از دانشگاه تگزاس، دریافت نمود. وی در دانشگاه تگزاس رشته‌ی مهندسی پزشکی را در مقطع دکترا نیز ادامه داد. یکی از زمینه‌های تحقیقاتی خانم وست، کاربردهای دارویی نانوپوسته‌ها می‌باشد.

خانم وست به همراه خانم هالاس، در دهه 1990 موفق به کشف نانوپوسته‌ها شدند و از آن‌ها برای درمان سرطان بهره گرفتند. در سال 1999، این دو به اتفاق هم، شرکت «نانواسپکترا بیوساینس»  را تأسیس نمودند، که هدف آن پژوهش بر روی نانوذراتی است که در درمان سرطان به کار می‌رود. وب‌گاه «Nanotehnology Now» کار هالاس و وست را به عنوان برترین کشف سال 2003 معرفی نمود.

برای اطلاعات بیش‌تر می‌توانید به سایت آموزشی خانم هالاس مراجعه نمایید:

(Halas Nanophotonics Group (http://www.halas.rice.edu

چدن

گويچه‌هاي قرمز خون حاوي مولكول پيچيده‌اي به نام هموگلوبين مي‌باشد كه هموگلوبين مهمترين وفراوانترين پروتئين موجـود در گلبولهاي قرمز بوده و نقش اساسي در حمل ونقل O2 ،CO2 و پروتون دارد. ميوگلوبين نيز پروتئيني مشابه هموگلوبين بوده كه درون سلولهاي عضلاني قرار گرفته و در انتقالO2 دخالت دارد. هموگلوبين از يك قسمت پروتئيني به نام گلوبين و يك رنگدانه آهن‌دار به نام هِم تشكيل شده است.

دید کلی

نانو تکنولوژی نظیر هر فناوری دیگری همچون یک تیغ دولبه است که می‌توان از آن در مسیر خیر و صلاح و یا نابودی و فنا استفاده به عمل آورد. گام اول در راه بهره‌گیری از این فناوری شناخت دقیق‌تر خصوصیات آن و آشنایی با قابلیت‌‌های آن است که می‌توان به روشنی و بدون ابهام مورد تاکید قرار داد. این فناوری جدید هنوز ، حتی برای متخصصان ، شناخته شده نیست و همین امر هاله ابهام آن را ضخیمتر می‌کند و راه را برای گمانزنی‌های متنوع هموار می‌سازد.

تاریخچه

تحقیق در قلمرو نانو تکنولوژی از اواخر دهه 1950 آغاز شد و در دهه 1990 نخستین نتایج چشمگیر از رهگذر این تحقیقات عاید بشر گردید. از جمله آنکه یک گروه از محققان شرکت آی.بی.ام موفق شدند 35 اتم گزنون را بر روی یک صفحه از جنس نیکل جای دهند و با کمک این تک اتمها نامی را بر روی صفحه نیکلی درج کنند. محققان دیگر به بررسی درباره ساختارهای ریز موجود در طبیعت نظیر تار عنکبوت‌ها و رشته‌های ابریشم پرداختند تا بتوانند موادی نازک‌تر و مقاوم‌تر تولید کنند.

عقاید مختلف درباره نانو تکنولوژی

افرادی بر این باورند که این فناوری نظیر هیولای فرانکشتین در داستان مری شلی و یا همانند جعبه پاندورا در اسطوره‌های یونان باستان ، مرگ و نابودی برای ابنای بشر در پی دارد. در مقابل گروهی نیز معتقدند که به مدد توانایی‌های حاصل از این فناوری می‌توان عالم را گلستان کرد. در حال حاضر 450 شرکت تحقیقاتی تجاری در سراسر جهان و 270 دانشگاه در اروپا ، آمریکا و ژاپن با بودجه‌ای که در مجموع به 4 میلیارد دلار بالغ می‌شود سرگرم انجام تحقیقات در عرصه نانو تکنولوژی هستند.

من از چرخش الكترون ها به دور هسته آموختم كه كل جهان به دور مركز هستي مي چرخد و از حركت پيوسته ذرات چه ارتعاشي چه انتقالي يا دوراني كه ثبات و سكون در آفرينش راه ندارد و پيوسته در مسير تغيير و تحول و تكامل هستيم.
.

از شيمي آموختم كه هر چه فاصله ما از مركز افرينش وخالق هستي بيشتر باشد ما و نيستي ما آسانتر خواهد بود همانطوري كه جدا كردن الكترون از دورترين لايه اتم آسانتر است.

.

از تلاش ذرات براي پايدار شدن متعجب شدم و دريافتم كه شعوري والا و انديشه اي برتر در پس پرده هدايت گر نقش ها و طرح هاست از پيوند اتم ها براي پايدارشدن دريافتم كه اتحاد در مرز پايداري است و از گازهاي نجيب كامل شدن را رمز پايداري يافتم.

.

از بحث واكنشهاي چند مرحله اي و زنجيري آموختم كه ما ذره هاي حد واسط مراحل زندگي هستيم كه در يك مرحله واكنش متولد مي شويم و در واكنشي ديگر مي ميريم و هدف آفرينش و خلقت فراتر از توليد و مصرف ماست..

.

از بحث تعادل هاي شيميايي و واكنشهاي برگشت پذير آموختم كه جهان تعادلي است پويا و ديناميك كه گرچه در ظاهر خواص ماكروسكوپي ثابت و يا متغييري دارد اما در درون در تكاپو و فعال است

.

و از شيمي آموختم كه از دست دادن فرصت ها واكنش هاي برگشت ناپذيري هستند كه تكرار انها ميسر نخواهد بود.
.

از شبكه بلور جامد هاي يوني آموختم كه با وجود تضادها مي توان چنان گرد هم آمد و پيوستگي ايجاد كرد كه شبكه اي مقاوم در مقابل دماهاي ذوب بالا بوجود آيد..

و از شیمی آموختم زندگی خیلی اسرار آمیز و زیباست خیلی اسرار آمیز تر و زیباتر از آن چه که پیش تر ها می اندیشیدم

تصفیه آب:نانو فیلتراسیون (NF)

در همه روش‌های پیشرفته تصفیهٔ آب مهمترین هدف تصفیه، حذف املاح محلول در آب می باشد ولی نکته مهمی که وجود دارد این است که برای کاربردهای مختلف، آب با درجه خلوص متفاوتی مورد نیاز می باشد برای مثال در صنعت داروسازی و یا تولید سوخت هسته ای آب مورد نیاز، آب فوق خالص (Ultra Pure) می باشد لذا طبیعی است برای تولید آب با درجه خلوص بیشتر باید هزینه بیشتری صرف شود. ولی برای برخی دیگر از کاربردها آب با خلوص بسیار زیاد مورد نیاز نمی باشد. برای مثال آب استفاده شده در برج های خنک کننده (Cooling Tower ) باید صرفاً از لحاظ حذف سختی مورد تصفیه قرار گیرد. در چنین کاربردهایی می توان از سیستم‌هایی با درصد حذف پایین تر و به تبعِ آن هزینه کمتر استفاده نمود. یکی از این روشهای تصفیه مرسوم در دنیا، روش نانو فیلتراسیون (Nanofiltration) می باشد .یکی از کاربردهای فناوری نانو استفاده از نانوفیلترهاست که گام مؤثری در حفظ محیط زیست و صرفه جویی در انرژی نهاده است. نانوفیلترها براساس منافذشان طبقه بندی شده اند. نانوفیلتراسیون نسبت به اسمز معکوس و اولترا فیلتراسیون مزایای ویژه‌ای دارد، از جمله آن‌که در اولترا فیلتراسیون مقدار آلاینده های مصرفی نسبت به حد مجاز بالاتر بوده و در اسمز معکوس میزان خلوص آبِ حاصله بیشتر از حد محصول است که پیامدِ آن افزایش قیمت این روش است. از دیگر مزایای استفاده از نانوفیلتراسیون در تصفیه آب و پساب عبارتند از: حذف نمک‌های چند ظرفیتی (از قبیل آهن، منگنز، اورانیم و برخی آفت کش ها)، امکان تولید میزان آب تصفیه شده در مقیاس وسیع، از بین بردن انواع باکتری، ویروس و میکروارگانیزم ها، حذف آلاینده های آلی، حفظ مواد معدنی مورد نیاز سلامت انسان، از بین بردن اثرات مخرب زیست محیطی، حذف کدورت، سختی و شوری آب، پایین بودن هزینه تصفیه و در مجموع همانگونه که اشاره شد عدم نیاز به افزودن مواد شیمیایی زیان آور برای محیط زیست و انسان.

منابع آب:

-1-2-2-2 وضعيت منابع آب ايران:

آب به عنوان جزئي از محيط زيست، شالوده حيات و نيز مولفه بنيادي براي هر الگوي توسعه بوده و

جايگاه محوري و با اهميتي در مبحث توسعه پايدار دارد. به عبارت ديگر حيات انسان و به طور كلي همه

موجودات زنده بدون وجود آب قابل تصور نيست. رشد روز افزون تقاضا براي آب و محدويت شديد اين

عنصر حياتي در بسياري از كشورها، در چند سال آينده به عنوان يكي از موانع توسعه مطرح خواهد بود.

نحوه توزيع منابع آب در جهان و ايران

96 درصد ( 1385 ميليون كيلومتر مكعب) آن را آب شور درياها و اقيانوس- / از مجموع آبهاي جهان، 5

2 درصد / ها تشكيل ميدهند كه به دليل شوري، در عمل قابل استفاده نميباشد. ذخاير آب شيرين فقط 53

68 درصد از اين آب ( 24 / 35 ميليون كيلومترمكعب) حجم ذخاير آبهاي سطح زمين را شامل ميشود. 7 )

ميليون كيلومتر مكعب) به صورت برف و يخ در دو قطب زمين متمركز بوده و قابل استفاده بشر نيست. منبع

0 درصد ( 90 / اصلي آب قابل استفاده براي انسان را آب درياچهها و رودخانهها تشكيل ميدهند كه تنها 26

هزار كيلومتر مكعب) از كل ذخاير آب شيرين را تشكيل ميدهند. سهم آب موجود در اتمسفر به ترتيب

0 درصد از ذخاير آب شيرين را به خود اختصاص داده است. بنابراين / 0/001 درصد از كل منابع آبي و 04

عليرغم اينكه بخش اعظم سطح زمين را آب ميپوشاند فقط بخش اندكي از آن براي بشر قابل استفاده است

و در حقيقت همه برنامه ريزي هاي بشر بايد با توجه به اين محدوديتها صورت پذيرد

اهمیت کاربرد نانو در صنعت آب

اهمیت کاربرد نانو در صنعت آب

اهمیت کاربرد نانو در صنعت آب

آب یکی از ضروری ترین عناصر حیات بر روی زمین است و اگرچه بیش از 70 درصد از سطح کره زمین با آب پوشیده شده است اما کمتر از 3 درصد از آن آب شیرین می باشد. از این مقدار 79 درصد به قله های یخی تعلق دارد، 20 درصد آن آب های زیرزمینی است که به راحتی قابل دسترسی نمی باشد و فقط 1 درصد آن شامل دریاچه ها و رودخانه ها و چاه ها می باشد که به راحتی به دست می آید. در مجموع در هر زمان تنها یک ده هزارم از کل آب های کره زمین به سادگی در دسترس انسان قرار دارد.
در دسترس بودن آب سالم و پاک یکی از مهم ترین مسایل پیش روی بشر می باشد و به تدریج که مقدار مصرف آب بیشتر می شود، مواد آلاینده نیز به طرق مختلف باعث آلوده کردن منابع آبی می گردند و این مساله در آینده بحرانی تر خواهد شد. مجمع عمومی سازمان ملل متحد به منظور افزایش آگاهی و ترغیب، جهت اداره بهتر امور مربوط به آب و حراست بهتر از این منبع حیاتی، سال 2003 را سال بین المللی آب شیرین اعلام نمود. پذیرش حق برخورداری از آب به عنوان یک حق برای بشر ممکن است مهم ترین گام در برطرف کردن دشواری تامین این بنیادی ترین عنصر زندگی مردم باشد.
امروزه در جهان بسیاری از مردم به دلایل بلاهای طبیعی، جنگ و زیر ساخت های ضعیف خالص سازی آب، به آب بهداشتی دسترسی ندارند. حدود یک میلیارد نفر به منابع آبی دسترسی ندارند. روزانه 5000 کودک به علت مبتلا شدن به امراض ناشی از مصرف آب غیربهداشتی می میرند.
تمام تلاش محققین این است که با کمک روش ها و فناوری های جدید بتوانند این مشکلات را کاهش دهند. یکی از این فناوری ها، فناوری نانو است.

کاربردهای فناوری نانو در صنعت آب

فناوری نانو طی مدت کوتاهی که از ظهور آن می گذرد کاربردهای مختلفی در صنایع گوناگون یافته است. در نتیجه صنعت آب، به عنوان یکی از پایه های حیات از این مساله مستثنی نیست و در بخش های مختلف آن، شامل ساخت سد ها، حفاظت خطوط لوله انتقال آب، تصفیه آب و پساب، شیرین سازی آب و غیره، فناوری نانو کاربرد یافته است.
مهم ترین کاربردهای فناوری نانو در صنعت آب عبارتند از:
1- استفاده از ذرات نانو ساختار در تصفیه آلاینده ها
2- رنگ زدایی از آب آشامیدنی
3- نمک زدایی از آب
4- نانو پوشش ها
5- نانو لوله ها جاذب گازهای سمی
6- نانو پلیمرهای متخلخل
7- استفاده از نانو ذرات در تصفیه پساب ها
8- نانوفیلترها
9- حذف آرسنیک موجود در آب با استفاده از فناوری نانو
بررسی فعالیت های پژوهشی در سطح دنیا نشان می دهد که تصفیه آب یکی از مهم ترین زمینه های کاربرد فناوری نانو در صنعت آب است و با بهره گیری از آن، هزینه های تصفیه آب به میزان قابل توجهی کاهش خواهد یافت. استفاده از فیلتر های نانومتری به منظور افزایش بازیابی آب در سیستم های موجود و کاربرد نانو حسگرهای زیستی برای تشخیص سریع و کامل آلودگی آب از مهم ترین موارد کاربرد نانو فناوری در صنعت آب و فاضلاب است. فناوری نانو با روش های زیر می تواند در تهیه آب تمیز کمک کند:
1- غشاهای فیلتراسیون نانومتری به منظور افزایش بازیابی آب
2- روش های سازگار با محیط زیست جهت تصفیه آب های زیرزمینی به وسیله اجزای معدنی و آلی
3- نانو مواد برای بهبود کارایی فرایندهای فتوکاتالیستی و شیمیایی
4- نانو حسگرهای زیستی جهت تشخیص سریع آلودگی آب

نانوفیلتراسیون

روش نانوفیلترسیون طی چند سال گذشته رونق گرفته است. فیلترهای فیزیکی با منافذی در حد نانومتر می توانند باکتری ها، ویروس ها و حتی واحدهای کوچک پروتئینی را به صورت کامل و صد در صد غربال کنند؛ همچنین با استفاده از جدا کننده های الکتریکی که به وسیله صفحات ابرخازن یون ها را جذب می کنند، می توان نمک و مواد سنگین را نیز از آب جدا کرد. در نانوفیلتراسیون جداسازی بر اساس اندازه مولکول صورت می گیرد و فرآیندی فشاری است. اساسا این روش جهت حذف اجزای آلی نظیر آلوده کننده های میکرونی و یونی های چند ظرفیتی می باشد. از دیگر کاربردهای نانوفیلترسیون می توان به حذف موادشیمیایی که به منظور کشتن موجودات مضر به آب اضافه شده اند، حذف فلزات سنگین، تصفیه آب های مصرفی، رنگ زدایی و حذف آلوده کننده و حذف نیترات ها اشاره کرد. نانو فیلترسیون می تواند تقریبا از هر منبع آبی، آب پاک به وجود آورد و تمام باکتری های موجود در آب را حذف کند. در ضمن امکان استفاده آسان از روش های تصفیه را انجام می دهد. با استفاده از نانوفیلترها، مواد معدنی موردنیاز برای سلامت انسان در آب باقی می ماند و مواد سمی و مضر از آن حذف می شود.
دانشمندان و محققان به روش ساده ای برای تولید فیلترها با استفاده از نانو لوله های کربنی دست یافته اند که علاوه بر حذف موثر آلاینده ها در مقیاس نانو و میکرو از منابع آب می تواند هیدروکربن های سنگین را نیز از نفت خام جدا کند. استفاده از نانولوله های کربنی در ساخت فیلترها سبب سهولت در پاکسازی، افزایش استحکام، قابلیت استفاده مجدد و مقاومت آنها در برابر گرما شود. این فیلترها از دقت بسیار زیادی برخوردارند و می توانند ویروس هایی به اندازه 25 نانومتر را به خوبی عوامل بیماری زای بزرگ تر مانند باکتری ای-کولای از آب حذف کنند. کاهش هزینه ها و همچنین کنترل مقدار آلاینده ها در آب تصفیه شده از دیگر مزایای کاربرد این روش به شمار می آید.

نانوحسگرها

اگرچه حسگرهای مختلفی برای آشکار نمودن آلودگی ها و مواد آلوده وجود دارند ولی فناوری نانو امکان ایجاد نسل های جدیدی از حسگرهای با توانایی بالا را فراهم می نماید که مواد آلاینده در مقادیر و غلظت های کم را آشکار می نمایند. نانو حسگرها شامل نانوحسگرهای زیستی و نانوحسگرهای شیمیایی می باشند. نانوحسگرهای زیستی در تصفیه آب و محیط زیست کاربرد دارند و می توانند انواع عوامل بیماری را شامل مقادیر بسیار اندک میکروب ها و سموم حاصل از آنها را در حد ppb شناسایی کنند. نانوحسگرهای شیمیایی در تصفیه آب و پساب های صنعتی کاربرد دارند و می توانند انواع ترکیبات شیمیایی و یون ها را شامل مقادیر بسیار کم انواع آلوده کننده های موجود در آب به طور پیوسته و با سرعت زیاد در حد ppb و همچنین مقادیر خیلی کم یون های سنگین مانند سرب و آرسنیک (تغییر رنگ) را شناسایی کنند.

شیرین کننده هایی از جنس غشای نانومتری

محققان توانسته اند غشاهایی از نانو لوله های کربنی بسازند که به کمک آن جداسازی گاز و مایع با کمترین هزینه امکان پذیر خواهد شد. امروزه بیشتر غشاها از مواد پلیمری ساخته می شوند که در دمای بالا مشکلاتی را به وجود می آورند. در این نوع غشاها نمی توان توازن مناسبی را میان ورودی غشا و قابلیت انتخاب آن برقرار کرد. استفاده از نانو لوله های کربنی امکان انتخاب پذیری مناسب در ورودی های بالا را فراهم می کند. غشاهای جدید با حفره های کوچک تر و متراکم تر و همچنین امکان عبور شدت جریان زیاد از هر حفره، از نظر گذردهی آب و هوا نسبت به غشاهای دیگر بسیار موثرتر هستند و کاربردهای فراوانی در تصفیه آب دارند. از روش جداسازی غشایی، در شیرین سازی آب استفاده می شود. در این روش آب شور داغ را روی ورقه نازکی از غشای دارای حفرات ریز موسوم به نانو حفره می ریزند. این حفره ها آنقدر کوچک هستند که فقط بخار می تواند از آنها عبور کند و آب، مایع، نمک ها و مواد معدنی دیگر در پشت غشا باقی می مانند. در طرف دیگر غشا محفظه هایی از آب سرد قرار دارد که بخار با عبور از آن دوباره به مایع تبدیل می شود.

تصفیه آب به کمک نانوذرات

نانوذرات لانتانیوم، فسفات را از محیط های آبی جذب می کند. کاربرد این نانوذرات در حوضچه ها و استخرهای شنا می تواند به طور موثری فسفات موجود را از میان برده و در نتیجه از رشد جلبک ها جلوگیری کند. نانو پودرها نیز می توانند به عنوان مواد مناسبی برای پاکسازی خاک های آلوده و آب های زیرزمینی به کار روند؛ همچنین نانوذرات آهن سبب اکسید شدن و درهم شکستگی ترکیبات آلوده کننده می شود و آنها را به ترکیبات کربنی با درجه سمیت بسیار پایین تبدیل می کند. ارسنیک از آلاینده های بسیار سمی است که به طور طبیعی با پساب های انسانی سبب آلودگی آب می شود. مصرف این ماده سبب افزایش شیوع سرطان مثانه و روده می شود. آمار مسمومیت با ارسنیک در سطح جهان بسیار زیاد است و در بسیاری از کسورهای در حال توسعه که بیش از 10 تا 20 درصد جمعیت آنها به مسمومیت ارسنیک مبتلا شده اند، چنین اتفاقی یک فاجعه بهداشتی به شمار می آید. بیشتر آلایندگی های ناشی از ارسنیک در کشورهای جهان سوم گزارش شده است و به همین دلیل این کشورها به شدت نیازمند فناوری های نوین هستند تا به کمک آن بتوان آلاینده های فلزی سنگین مانند ارسنیک را از آب آشامیدنی حذف کرد. در روش های جدید از نانوبلورهای مغناطیسی به عنوان هسته اصلی سیستم های تصفیه آب استفاده می شود. سطوح معدنی آهنی نه تنها تمایل شدیدی به جذب ارسنیک دارند، بلکه با انتخاب اندازه متناسب می توان به راحتی این ذرات مغناطیسی را به کمک روش های جداسازی مغناطیسی از آب جدا کرد. در حقیقت نانوذرات در جذب ارسنیک همانند توده آهنی عمل می کنند. در واقع نه تنها ظرفیت جذب ارسنیک در نانوذرات بالاتر است بلکه به محض قرار گرفتن ارسنیک در کنار نانوذرات، جداسازی آن از این ذرات به سختی انجام خواهد شد. با توجه به نتایج به دست آمده از بررسی ها و تحقیقات انجام شده در این زمینه می توان گفت نانوذرات مغناطیسی، جاذب های بسیار خوبی برای آلاینده ارسنیک به ویژه در آب های اسیدی هستند و خاصیت جذبی غیرقابل بازگشت این ذراتف مخزن مناسبی برای جمع آوری آلاینده ها فراهم می کند.

تصفیه فاضلاب

محققان به دنبال توسعه روش منحصر به فردی برای تصفیه فاضلاب هستند که بدون استفاده از مواد شیمیایی گران قیمت، کیفیت آب را در مقایسه با روش هایی که در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرند به میزان قابل توجهی افزایش خواهد داد. آخرین مرحله تصفیه آب، حذف موجودات زنده بسیار ریز است. در حال حاضر از کلر به عنوان ماده ضدعفونی کننده استفاده می شود، اما در این صورت حتی پس از تصفیه نیز ترکیبات ارگانیک زیادی در آب وجود خواهد داشت. کلر موجودات زنده ریز را از آب حذف می کند، اما با آلاینده های ارگانیک واکنش می دهد و محصولات جانبی تجزیه ناپذیر و سمی تولید می کند که نمی توان آنها را از آب حذف کرد. انتقال این مواد به محیط زیست و استفاده از آنها در کشاورزی و صنایع دیگر می تواند مشکلات بهداشتی خطرناکی ایجاد کند.
تصفیه فاضلاب به کمک نانو کاتالیزور نوری می تواند جایگزین سومین مرحله تصفیه یعنی ضدعفونی با کلر شود تا موجودات زنده و ترکیبات آلی را به طور همزمان حذف و فاضلاب را به یک منبع آب مناسب تبدیل کند. موجودات زنده ریز به طور طبیعی ترکیبات ارگانیک بزرگ را به ذرات کوچک تری تبدیل می کنند؛ اما از آنجایی که این ترکیبات از نظر زیستی تجزیه ناپذیرند، برای تجزیه آنها باید از نوعی انرژی استفاده کنیم. این انرژی از اشعه فرابنفش نور خورشید تامین شده و به همراه کاتالیزورهای نوری مورد استفاده قرار می گیرد. انرژی آزاد شده از واکنش سلول کاتالیزور نوری می تواند موجودات زنده ریز را از میان برده و ترکیبات تجزیه ناپذیر را تجزیه کند. این فرایند به دلیل امکان استفاده مجدد از کاتالیزور های نوری از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است. ذرات کاتالیزوری یا به صورت همگن در محلول پراکنده می شوند، یا به صورت ساختارهای غشایی رسوب داده شده هستند که تجزیه شیمیایی آلاینده ها را امکان پذیر می کنند. با توجه به کاربردها و قابلیت های فناوری نانو در صنعت آب و فاضلاب بسیاری از شرکت ها از این فناوری در تصفیه آب و فاضلاب استفاده می کنند و به همین دلیل امروزه استفاده از محصولات و تولیدات بر پایه فناوری نانو افزایش یافته است. این محصولات اغلب شامل نانوفیلترها و انواع حسگرهایی است که به منظور تشخیص مواد و ذرات موجود در آب مورد استفاده قرار می گیرند.

تصفیه پساب های صنعتی

پساب های صنعتی شوینده، حاوی اکسیژن بیوشیمیایی و مواد فعال شیمیایی است که باید در فرآیند های تصفیه از آب جدا شوند. یکی از دیگر موادی که در پساب های صنعتی یافت می شود مواد نامحلول روغنی است. حضور این مواد فرآیند تصفیه آب را با مشکل مواجه می کند. یکی از روش های اقتصادی برای تصفیه این مواد، استفاده از سیستم های ترکیبی حاوی میکروفیلترها و نانوفیلترهاست. در این سیستم برای حذف ذرات معلق مانند روغن ها و گریس ها از میکروفیلترها و برای حذف پاک کننده ها از نانوفیلترها استفاده می شود.

جیوه زدایی

محققان آزمایشگاه ملی Pacific Northwest آمریکا، از سرامیک های نانو حفره ای که با تک لایه های تیول (SH)، عامل دار شده بودند، برای جیوه زدایی از آب استفاده کردند. تک لایه های خود سامان تیول بر روی سیلیکای میان حفره ای (Thiol-SAMMS) می توانند کاربردهایی در تصفیه فاضلاب نیروگاه های زغال سنگی داشته باشند. این نیروگاه ها از منابع اصلی آلودگی جیوه به شمار می روند. محققان زیرلایه ای از جنس سیلیکای میان حفره ای را با میانگین اندازه حفرات 5،6 نانومتر و سطح ویژهg/m2  900 به کار بردند. آنها با افزودن تک لایه ای از تیول های قلیایی به حفرات این سرامیک، آن را فعال ساختند. دسترسی به یک فناوری برای حذف جیوه که علاوه بر انتخاب گری، ظرفیت جذب بالا و سینتیک جذب مناسب ، منجر به تولید پسماندی پایدار گردد، یکی از نیازهای فوری در زمینه تصفیه جیوه است. نه تنها کارایی روش های متعارف حذف جیوه، پایین تر از این روش است؛ بلکه این روش ها منجر به تولید مقادیر زیادی پسماند می شون. ماده جدید علاوه بر پاکسازی فاضلاب نیروگاه های زغال سنگی می تواند در تصفیه پسماندهای رادیواکتیو، تولید باتری و مصارف دندانپزشکی نیز به کار رود.

نتیجه گیری

در آینده ایران جزء کشورهایی خواهد بود که بحران مصرف بالا و کم آبی را به دلیل افزایش جمعیت شهرنشین و ارتقای سطح صنعت و کشاورزی، پیش رو خواهد داشت. جمعیت کشور ما حدود یک درصد جمعیت جهان است ولی سهم ما از کل منابع آب شیرین در دنیا 36 صدم درصد است. کشور ما 66 درصد آب مصرف می شود. بیش از 50 درصد ذخایر آب شیرین کشور، وابسته به منابع آب های زیرزمینی است که در حقیقت ما باید این منابع زیرزمینی را برای سال های خشکسالی نگهداری می کردیم.
کارشناسان یکی از دلایل این بحران را ایجاد شهرک ها و گسترش بی رویه و برنامه ریزی نشده شهرها می دانند. از سویی ما در اقلیم خشک و کم آب قرار داریم. از سویی هم کره زمین در حال گرم شدن است و پدیده ال نینو به گرم شدن هوا در این نقطه از جهان کمک کرده است.
بنابراین با نگاهی به مشکلات تامین آب در ایران و نیاز مبرم کشور به منابع جدید، می توان از فناوری های نوین در این راه بهره جست. این مهم در سایه انجام نیاز سنجی و مطالعه دقیق اولیه تحقق می یابد. با توجه به اینکه در سالهای اخیر، ایران در حال اوج گیری در زمینه تحقیقات نانو است، عقلانی به نظر می رسد که در سمت و سو دهی برنامه های کلان آب در کشور از فناوری نانو به عنوان یک پشتیبان قوی استفاده گردد.

برگرفته از ماهنامه عمران آب

آلودگي منابع آب:

با توجه به نياز روزافزون به منابع آبي به لحاظ ازدياد جمعيت و توسعه بخشهاي كشاورزي و صنعت

علاوه بر تلاش وسيع و بيوقفه در بكارگيري منابع آب جديد، حفظ و حراست كيفي منابع آب موجود

الزامي است. مهمترين منابع آلاينده آب در سطح كشور شامل پسابهاي شهري، صنعتي و كشاورزي مي-

باشد.

پسابهاي شهري

( كل مصرف آب شرب در سطح كشور برابر با 4139921 هزار مترمكعب در سال پايه مطالعه ( 1373

بوده است كه به ترتيب 3247560 و 892361 هزار مترمكعب آن مربوط به مصارف شهري و روستايي مي-

باشد.

حجم كل تقريبي پساب توليد شده ناشي از مصرف آب شرب معادل 3121957 هزار مترمكعب در سال

59 درصد از / بود كه 2466664 و 627313 هزار مترمكعب آن مربوط به نواحي شهري و روستايي است. 5

40 درصد بقيه به منابع سطحي تخليه مي گردد. اين نسبت در / كل پساب توليدي به منابع زيرزميني و 5

.[ 32 درصد مي باشد[ 19 / 67 و 930 / مناطق شهري از تفات بيشتري برخوردار بوده و برابر 7

دفع اين فاضلابها در شهرها و روستاها از طريق چاههاي جاذب و شبكه آبراههها و رودخانههاي

موجود و عدم تصفيه آنها و بالا بودن سطح آب زيرزميني در اكثر حوزههاي آبريز كشور (حداقل سطح

برخورد به آب بين صفر تا 4 متر مي باشد) موجب آلودگي بخشي از منابع آب سالم ميگردد.

پسابهاي صنعتي

تعداد كارگاههاي صنعتي موجود در كشور بالغ بر 11176 مورد بوده و حجم آب مصرفي سالانه آنها

معادل 663216 هزار مترمكعب ميباشد. سالانه برابر با 393510 هزار مترمكعب پساب مربوط به بخش

فصل دوم چالشها و پيشرانهاي توسعه كشور و كاربرد نانو تكنولوژي در حل و توسعه آنها

45

صنعت به محيط زيست وارد ميشود كه سهم منابع سطحي و زيرزميني از آن برابر با 148109 و 245401

آب یکی از ضروری ترین عناصر حیات بر روی زمین است و اگرچه بیش از 70 درصد از


سطح کره زمین با آب پوشیده شده است اما کمتر از 3 درصد از آن آب شیرین می

باشد. از این مقدار 79 درصد به قله های یخی تعلق دارد، 20 درصد آن آب های

زیرزمینی است که به راحتی قابل دسترسی نمی باشد و فقط 1 درصد آن شامل

دریاچه ها و رودخانه ها و چاه ها می باشد که به راحتی به دست می آید. در

مجموع در هر زمان تنها یک ده هزارم از کل آب های کره زمین به سادگی در

دسترس انسان قرار دارد.

در دسترس بودن آب سالم و پاک یکی از مهم ترین مسایل پیش روی بشر می

باشد و به تدریج که مقدار مصرف آب بیشتر می شود، مواد آلاینده نیز به طرق

مختلف باعث آلوده کردن منابع آبی می گردند و این مساله در آینده بحرانی تر

خواهد شد. مجمع عمومی سازمان ملل متحد به منظور افزایش آگاهی و ترغیب،

جهت اداره بهتر امور مربوط به آب و حراست بهتر از این منبع حیاتی، سال 2003 را

سال بین المللی آب شیرین اعلام نمود. پذیرش حق برخورداری از آب به عنوان یک

حق برای بشر ممکن است مهم ترین گام در برطرف کردن دشواری تامین این بنیادی

ترین عنصر زندگی مردم باشد.

امروزه در جهان بسیاری از مردم به دلایل بلاهای طبیعی، جنگ و زیر ساخت های

ضعیف خالص سازی آب، به آب بهداشتی دسترسی ندارند. حدود یک میلیارد نفر به

منابع آبی دسترسی ندارند. روزانه 5000 کودک به علت مبتلا شدن به امراض ناشی

از مصرف آب غیربهداشتی می میرند.

تمام تلاش محققین این است که با کمک روش ها و فناوری های جدید بتوانند این

مشکلات را کاهش دهند. یکی از این فناوری ها، فناوری نانو است.

تصفیه آب:نانو فیلتراسیون (NF)

در مقاله قبل، ضمن معرفي مفهوم فيلتر، در مورد انواع فيلتراسيون مانند ميکروفيلتراسيون، آلترافيلتراسيون، نانوفيلتراسيون و اسمز معکوس توضيح داده شد. در ادامه بحث، در اين مقاله به بررسي آب شيرين‌کن‌ها¹ که بر اساس اسمز معکوس کار مي‌کنند خواهیم پرداخت.

نياز به آب شيرين
اگر از بالاي جو، به کره زمين نگاه کنيد مي‌بينيد که بخش زيادي از کره زمين را آب تشکيل داده است. منابع آب بر روي کره زمين عبارتند از: درياها، اقيانوس‌ها، آب‌هاي زيرزميني، درياچه‌ها و رودخانه‌ها. شايد اگر يک موجود فضايي (اگر وجود داشته باشد!) از بالاي زمين رد شود، هيچ‌گاه به ذهنش خطور نکند که با وجود اين‌همه آب بر روي سطح کره زمين، ساکنان آن مشکلي مانند کم آبي داشته باشند! اما متاسفانه مشکل کم آبي نه تنها بر روي کره زمين وجود دارد بلکه با افزايش جمعيت و رشد صنعت، نياز به اين ماده حياتي روز به روز زيادتر هم مي‌شود.
اگر چه بيش از 70 درصد از سطح کره‌ی زمين با آب پوشيده شده است اما کمتر از 3 درصد از آن آب شيرين مي‌باشد. از اين مقدار 79 درصد به قله‌هاي يخي تعلق دارد، 20 درصد آن آب های زير زميني است که به راحتي قابل دسترسي نمي باشد و فقط 1 درصد آن شامل درياچه‌ها و رودخانه ها و چاه‌ها مي‌باشد که به راحتي به دست مي‌آيد (به شکل 1 توجه نمایید.)

شکل 1. همه‌ی منابع آب موجود بر روی کره‌ی زمین

امروزه در بسياري از کشورهاي جهان آب شرب به راحتي و با سيستم لوله‌کشي در اختيار مردم نمي‌باشد، و مردم بايد آب آشاميدني را با صرف هزينه‌هاي زياد خريداري کنند و آب لوله‌کشي تنها براي مصارف شستشو و ... وجود دارد.

شکل 2. آب آشاميدنی در بسياری از کشورها به صورت بسته بندی به فروش می‌رسد.

راه حل
با توجه به ذخاير عظيم آب شور در دنيا (آب درياها و اقيانوس‌ها) يک راه ِ توليد آب شيرين و برطرف کردن نياز روزافزون بشر به آب آشاميدني، شيرين‌کردن آب‌هاي شور مي‌باشد. به اين فرايند «نمک‌زدايی²» نيز گفته مي‌شود. فرايند نمک‌زدايي از اوايل دهه 80 ميلادي رونق پيدا کرد. در اين فرايند از اسمز معکوس استفاده مي‌شود. براي اطلاعات بيشتر در مورد فرايند اسمز معکوس مي‌توانيد به مقاله قبلي با عنوان «فناوري نانو و فيلتراسيون» مراجعه کنيد. امروزه به علت کمبود آب در کشورهاي عربي در خاورميانه، اين کشورها اقدام به احداث واحدهاي نمک‌زدايي کرده‌اند. بزرگ‌ترين كارخانه نمك‌زدايي در جهان، كارخانه نمك‌زدايي جبل‌علي در امارات متحده عربي مي‌باشد.

موارد استفاده از نمک زدايي
- توليد آب شيرين براي آشاميدن
- توليد آب شيرين براي آبياري مزارع
- توليد نمك خوراكي (اين فراورده در بسياري از كشتي‌ها و زير دريايي‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرد.)
مسائلي که بايد در نمک زدايي به آنها توجه کرد:
- سهولت دسترسي
در جايي كه هيچ‌گونه نزولات آسمانی ارزشمندي نداريم و نزديك به اقيانوس هستند، نمك‌زدايي مي‌تواند يك راه حل مناسب براي کاهش فشار کمبود آب در اين نواحي باشد، اما براي نواحي دور از ساحل همچون مناطق داخلي قاره‌ها يا سرزمين‌هاي بلند نمک‌زدايي راه حل مناسبي نيست. البته اين نواحي با بزرگترين مشكلات کمبود آب هستند ولي در چنين مناطقي گاهي لازم است آب را تا ارتفاع 2000متر و يا به طول 1600كيلومتر از سواحل انتقال دهيم و چنين امري باعث برابري هزينه انتقال آب با شيرين كردن آن مي‌شود. بنابر اين در چنين مواردي انتقال آب شيرين از منابع طبيعي اقتصادي‌تر از شيرين کردن آب است. به عنوان مثال در نواحي دور از دريا مانند دهلي نو يا در مكان‌هاي مرتفع مانند مکزيکوسيتي (پايتخت مکزيک) هزينه بالاي انتقال آب به هزينه‌ي گزاف نمك‌زدايي افزوده مي‌شود. در بعضي نواحي مانند رياض و حراره كه هم تا حدي از دريا دورند و هم در نواحي مرتفع قرار دارند مشکل دوچندان مي‌شود. در نواحي نزديک دريا مانند پکن، بانکوک، هزينه انتقال حذف مي‌شود و فقط هزينه شيرين‌سازي باقي مي‌ماند ولي در منطقه جبيل در عربستان سعودي آب پس از نمک‌زدايي دويست مايل (320 کيلومتر) پمپ مي‌شود تا به رياض پايتخت عربستان برسد. براي شهرهاي ساحلي، به تدريج، نمک‌زدايي به يک منبع لايزال تامين آب تبديل مي‌شود.
- نحوه تامين آب شور
نحوه تامين آب شور ورودي تاثير قابل ملاحظه‌اي بر زندگي موجودات دريايي دارد ولي در بسياري از واحدهاي نمک‌زدايي اين موضوع مورد غفلت واقع شده است. تخمين زده مي‌شود که نود درصد جانوران دريايي موجود در آب ورودي، اعم از پلانکتون‌ها، تخم و لارو ماهي‌ها، در حين فرايند شيرين‌سازي از بين مي‌رود. براي حل اين مشکل يک راه حل وجود دارد و آن هم تامين آب مورد نياز از طريق چاه‌هاي ساحلي است که فاقد جانوران دريايي هستند ولي اين راه حل با افزايش هزينه ناشي از پمپاژ آب از چاه همراه است.
- نوع مصرف آب (گياه، حيوان يا انسان)
- مسائل زيست محيطي
در همه واحدهاي نمک‌زدايي، مسئله پساب شور خروجي مسئله مهم زيست محيطي است. براي به حداقل رساندن آثار زيان‌بار زيست محيطي بازگرداندن پساب شور به درياها آن را با جريان‌هاي ديگر آب، مثلا پساب نيروگاه‌ها يا ...، رقيق مي‌کنند. پساب شور مي‌تواند در بعضي از نواحي آسيب‌هاي جدي به محيط زيست وارد نمايد، به عنوان مثال در مناطقي که ميزان شفافيت پايين و سرعت تبخير بالا است. خليج فارس، درياي احمر، لاگون‌ها و جزاير مرجاني و ساير جزاير گرمسيري مثال‌هاي از اين مناطق هستند. به علت اين که پساب شور چگال‌تر از آب دريا است، اکوسيستم بستر درياها در معرض خطر بيشتري نسبت به ساير مناطق قرار دارد. دقت در رها سازي اين پساب مي‌تواند آسيب‌ها را به حداقل برساند.
- انرژي
امروزه سعي مي‌شود از انرژي‌هاي پاک مانند انرژي باد و انرژي خورشيدي براي شيرين کردن آب استفاده شود. همچنين نمك‌زدايي با انرژي هسته‌اي مي‌تواند (ممكن است) در مقياس‌هاي بزرگ اقتصادي باشد.

شکل 3. نمونه‌اي از يک واحد آب شيرين کن کوچک.

فناوری‌نانو و آب شيرين کن
قبل از بررسی نقش فناوری‌نانو در شيرين کردن آب دريا، بهتر است بدانيم برای همه انواع فيلترها (مانند فيلترهايی که در الترافيلتراسيون، نانوفيلتراسيون و... استفاده می‌شوند) می-توانيم نام کلی «غشا» را به کار بريم.

غشاهايی با جنس نانولوله‌های‌کربنی
به کمک فناوري نانو، محققان توانسته‌اند غشاهايي از نانولوله‌هاي‌کربي بسازند که به کمک آن جداسازي گاز و مايع با کمترين هزينه امکان پذير خواهد شد . امروزه بيشتر غشاها از مواد پليمري ساخته مي‌شوند که در دماي بالا مشکلاتي را به وجود مي‌آورند . هم‌چنين در غشاهاي پليمري نمي‌توان توازن مناسبي را ميان ورودي غشا و قابليت انتخاب آن برقرار کرد. استفاده ازنانولوله‌هاي کربني امکان انتخاب‌پذيري مناسب در ورودي‌هاي بالا را فراهم مي‌کند.
ويژگي غشاهايي با جنس نانولوله‌هاي‌کربني
- حفره‌هاي کوچک‌تر و متراکم‌تر
- امکان عبور شدت جريان زياد از هر حفره
غشاهايي با جنس نانولوله‌هاي‌کربني در شيرين سازي آب
در روشي جديد براي شيرين‌سازي آب، آب شور داغ را روي ورقه نازکي از غشای نانولوله‌های کربنی، که داراي حفرات ريزی به نام نانو حفره می‌باشد، مي‌گذرند. اين حفره‌ها آنقدر کوچک هستند که فقط بخار مي‌تواند از ميان آنها عبور کند و آب مايع، نمک‌ها و مواد معدني ديگر در پشت غشا باقي مي‌مانند. در طرف ديگر غشاء محفظه‌هايي از آب سرد قرار دارد که بخار با عبور از آن دوباره به مايع تبديل مي‌شود. از آنجايی که اندازه حفرات در اين غشا بسيار کوچک است، اکثر ناخالصی‌ها جدا شده و آب شيرين بدون املاح و ناخالصی بدست می‌آيد.
به طور خلاصه، با توجه به نياز شديد به آب شيرين در دنيا، توسعه روش‌های جديد برای توليد آب شيرين ضروری است. يکی از اين روش‌ها، شيرين کردن آب دريا با روش اسمز معکوس می‌باشد. اگرچه اين روش در نواحی که به دريا نزديک است و دارای کمبود آب زياد باشند، ارزشمند می‌باشد اما برای مکان‌های دور از دريا اقتصادی نمی‌باشد به اين دليل استفاده از نانوفناوری برای ايجاد روش‌های جديد و اقتصادی تر از اهميت زيادی برخوردار است.