کاربرد شیمی در زندگی (بخش اول )

مقدمه

«امروز در مسیر خود حتماً وسایل نقلیه ی گوناگونی را دیده ایم. لاستیک چرخهای این وسایل همگی محصول صنعت شیمیایی است. احتمالاً لباسی را که پوشیده ایم از الیاف مصنوعی مانند نایلون، اُرلُن یا داکرون است. غذایی که می خوریم ممکن است در پوشش پلاستیکی بسته بندی شده باشد که آن هم یک محصول صنعت شیمیایی است. اگر برای کنترل عفونت در بدن آنتی بیوتیک خورده ایم در واقع از یک ماده ی دارویی شیمیایی استفاده کرده ایم. پس، هر چیز در زندگی ما به شیمی مربوط می شود»

«چون رشته شیمی تقریباً همه ی جوانب زندگی ما را در بر می گیرد، شیمیدانان به طرحهای پژوهشی متنوعی می پردازند که تنوع آن ذهن را به حیرت می اندازد. بسیاری از شیمیدانان دست اندرکار بیماری هایی مانند ایدز هستند که در حال حاضر غیر قابل علاج اند.

شیمیدانان هم چنین شدیداً درگیریافتن راههایی برای بهبود کیفیت محیط اند. ادامه ی اوزون در استراتوسفر نرساند، خواهد انجامید. پژوهش در باره ی شیمی آب دریا به امکان می دهد تا راههای آبی بسیاری را که طی سالها سوء استفاده و غلظت شدیداً آلوده شده اند، تمیز کنیم.

شیمیدانان با همکاری نزدیک با کارکنان سازمان حفاظت محیط درصدد یافتن روشهایی برای تمیز کردن زباله دانها و محلهای تخلیه زباله هستند که به طور نامناسب یا غیر قانونی باقی مانده اند.»

 

مواد مخاطره آمیز در خانه

«بعضی از مخاطره آمیزترین مواد، همچنین بعضی از موادی که محیط زیست را بسیار آلوده می کنند، در خانه ی ما وجود دارند. مواد مخاطره آمیز شامل مواد سمی، خورنده و آتشگیرند. حشره کشها، بعضی از داروها، ضد یخ و الکل صنعتی چند نمونه از مواد سمی است. مواد خورنده، پارچه ها، فلزات و چیزهای دیگر را تباه می کنند. مواد پاک کننده ی دستشوییها و اجاقها، مواد رنگبر و اسید باتری اتومبیل از مواد خورنده هستند. مواد آتشگیر موادی هستندکه به آسانی می سوزند مانند بنزین، گاز فندک و بعضی از افشانه ها.

این گونه مواد برای سلامتی و ایمنی انسان و جانوران دست آموز خانگی مخاطره آمیزند، تنها یک لیتر نفت که روی زمین ریخته شود، ممکن است مخزن آب را آلوده کند. مواد پیشران قوطی افشانه ها که در جو آزاد می شوند، لایه ی اوزن را تخریب می کنند.

ما می توانیم به جای بعضی از این مواد، از مواد بی خطر استفاده کنیم. مثلاً به جای فراورده های پاک کننده ی در و پنجره که شامل فسفاتها و آمونیاک هستند، محلولی از آب و سرکه به کار ببریم. سرکه فقط محلول ملایمی از استیک اسید است و شیمی نیست. هم چنین می توان برای پاشیدن محلول ها یا مواد دیگر به جای قوطیهای افشانه ای از پمپ استفاده کرد.»

پوششهای که مانع خوردگی می شوند

»خوردگی واژه ی شایعی است که برای توصیف واکنش بعضی از فلزات با محیط انها بکار برده می شود. برای مثال، آهن یک فلز فعال است و به کمک پاره ای از خواص ویژه ی آب، با اکسیژن هوا ترکیب شده، آهن (III) اکسید یا زنگ آهن می دهد.

 

یک راه ممکن برای جلوگیری از زنگ زدن آهن این است که آهن یا فولاد را با فلزی که با محیط خود واکنش نمی دهد بپوشانیم. زینت دادن بعضی قسمتهای اتومبیل با آب کروم، مثالی از این نوع پوشش است. پوشش با فلز روی نیز روش دیگری برای محافظت فلز است. در شرایط معمولی، فلز روی با آب و کربن دی اکسید در هوا واکنش داده، پوشش روی کربنات تشکیل می شود که در برابر خوردگی بیشتر مقاومت می کند. برای مثال، نمی توان میخ را برای جلوگیری از زنگ زدن گالوانیزه (با روی پوشاندن) کرد.

بعضی شکلهای خوردگی مانند ترکیبات روی کربنات، مفید است. برای مثال، آلومینیوم وقتی در معرض هوا قرار می گیرد. پوشی از آلومینوم، اکسسید روی آن تشکیل می شود که از خوردگی بیشتر جلوگیری می کند. زنگار روی مجسمه ها و تندیسهاو پوشش سبز روی بسیاری از اشیای برنزی یا برنجی Cu2CO3(OH)2 است که آن نیز یک پوشش محافظ است.»

مه دود

«مه دود در اصل به صورت مخلوطی از دود و مه تعریف می شود. اما امروزه واژه ی مه دود به طور اختصاصی تر برای مه دود فوتوشیمیایی به کار می رود. این نوع مه دود با شکسته شدن مولکولهای مواد آلوده کننده موجود در هوا بر اثر نور خورشید ایجاد می شود. بسیاری از خواص مه دود فوتوشیمیایی ناشی از واکنشهای اکسیژن، اکسیدهای نیتروژن و هیدروکربن های موجود در جّو است. (هیدروکربن ها موادی شامل کربن و هیدروژن مانند بخار بنزین است.)

 

اتومبیل ها عامل اصلی مواد خامی هستندکه مه دود تولید می کنند. اکسیدهای نیتروژن، به ویژه نیتروژن دی اکسید و دودهای هیدروکربن ها با هوا و آلوده کننده های دیگر آمیخته می شوند. این مخلوط بر اثر نور خورشید، اوزون، دیگر اکسیدهای نیتروژن و اکسیدهای گوگرد تولید می کند.

وقتی این محصولات در شهری که با تپه ها و کوهها احاطه شده است به دام می افتند، مه دود شدت خاصی پیدا می کند. این شدت غالباً با وراون شدن یک لایه ی دمایی جو، افزایش می یابد. وارونگی نتیجه یک لایه ی هوای سرد است که روی ناحیه ای گرم قرار می گیرد و مانع صعود هوای گرم و پراکندگی گازها می شود.

چون نور آبی با ذرات مه دود بیشتر پراکنده می شود این رنگ با نیتروژن دی اکسید قهوه ای رنگ موجود در هوا تشدید می شود. مه دود علاوه بر آنکه هوا را ناسالم و غیر بهداشتی می کند، سبب سوزش و خارش چشم و ریزش اشک می شود که احتمالاً علت آن مواد ترکیب آلی مانند فرمالدهید، آکرولئین، پروکسی استیل نیترات (PAN) است. گیاهان و در نتیجه کشاورزی و جنگل ها نیز بر اثر مه دود آسیب می بینند.

طی سالها برای کنترل دود اگزوز اتومبیل ها که منابع عمده ی مه دودند کوششهایی به عمل آمده است، از آن جمله اند: اصلاح موتورها، مبدلهای کاتالیزوری و مشعلهای پس سوز که سوختن گازهای زائد را کامل می کنند. حتی اگر واکنشهای فوتوشیمایی هم نباشد، اگزوز اتومبیل ها گاز کربن مونوکسید و بعضی از ذرات را تولید می کنند.

 

از این گذشته، همه انواع سوختن از جمله سیگار کشیدن نیز در ایجاد مه دود دخالت دارند. مراکز صنعتی مانند پالایشگاهها و مراکز سرویس اتومبیل ها، بخارهای هیدروکربن خارج می کنند. حتی پختن غذا با زغال چوب مقداری هیدروکربن و ذرات آلوده کننده در هوا وارد می کند.

بدیهی است که حذف همه مواد آلوده کننده ممکن نیست، اما وضع قانون و رعایت مقررات در کاهش میزان مه دود تاثیر زیادی داشته است.»

پختن نان

«از روزگاران قدیم نان یکی از مظاهر اساسی تمدن بوده است. نان خوب حاصل واکنشهای شیمیایی است. اجزای اصلی نان مخمر، آرد، آب و نمک است. هر یک از این اجزا در پختن نان نقش دارد.

آرد شامل نشاسته و پروتئین است. آرد و آب با مخمر آمیخته می شود تا خمیر به دست آید در خمیر آمیخته، آب و پروتئین زنجیره های مولکول در هم پیچیده ای به نام گلوتن ایجاد می کند. وقتی خمیر ورز داده می شود این زنجیرها ردیف می شوند و خمیر صاف و یکدست می شود. نشاسته ی موجود در خمیر هم با آب به صورت ماده ای ژله شکل در می آید و ساختار خاصی به خمیر می دهد.

مخمر، موجودی زنده و تک سلولی از نوع قارچ یا کپک است. وقتی مخمر با آب فعال می شود نشاسته موجود در آرد را هضم می کند و با این عمل کربن دی اکسید و الکل آزاد می شود.

در پختن نان، کربن دی اکسید به صورت حباب در می آید و گلوتن موجود در خمیر این حبابها را محبوس می کند. وقتی که مخمر، کربن دی اکسید تولید می کند، خمیر «پف می کند» یا به اصطلاح در می آید. نمک، طعم نان را بهتر می کند و از فرو پاشی گلوتن و ورآمدن بسیار سریع نان جلوگیری می کند.

به هنگام پخته شدن نان، گاز محبوس در حبابها منبسط و سلب پشترور آمدن خمیر می شود در این حال مخمر کشته و الکل تبخیر می شود که رنگ و بوی فریبنده ای به نان می دهد.»

فشار هوا به لاستیک اتومبیل شکل می دهد

«لاستیک های اتومبیل از نظر ایمن بودن باید از استانداردهای بالایی برخوردار باشند. این لاستیک باید با سطح جاده اصطکاک کافی ایجاد کنند تا از سرخوردن لاستیک جلوگیری شود.

لاستیک ها باید طوری عمل کنند که با عبور اتومبیل از روی سطوح ناهموار سرنشینان اتومبیل ناهمواری سطح جاده را کمتر احساس کنند. لاستیک های اتومبیل همچنین باید به هنگام پیچیدن و دور زدن اتومبیل طوری عکس العمل نشان دهند که تغییر شکل آنها باعث نشود که نتوانند کار خود را انجام دهند. لاستیک اتومبیل ها این وظایف را که گاهی مغایر نیز هستند به دو طریق انجام می دهند. یک طریق ساخت الیافی است که روی آن با لاستیک پوشانده می شود. طریقه ی دیگر باد کردن لاستیک اتومبیل با هواست. مولکولهای هوا به وسیله پمپ هوا به درون لاستیک رانده می شود. غلظت مولکولهای هوا در داخل لاستیک بیشتر از خارج آن است. بنابراین فشار وارد شده به وسیله ی این مولکولها بیشتر از فشار جو است. ساخت لاستیک اتومبیل به گونه ای است که فشار بیشتر داخل لاستیک نسبت به فشار جو، لاستیک را روی لبه ی رینگ می فشارد. ساخت لاستیک مانع از انبساط آن می شود. فشار وارد شده به وسیله ی مولکولهای هوا باعث می شود که لاستیک شکل خود را به خصوص در پیچها حفظ کند. برای مثال، وقتی لاستیک اتومبیل به یک دست انداز برخورد می کند حجم، ناگهان کاهش می یابد. کاهش حجم باعث افزایش فشار هوای داخل لاستیک می شود. مولکولهای هوا به نوبه خود روی دیواره های داخلی لاستیک فشار وارد می کنند و لاستیک فوراً به شکل و حجم اولیه ی خود بر می گردد.»