لقد حضر الهيدروجين منذ زمن طويل... الى ان جاء كافندش وجعل منه عنصرامحدد المعالم والصفات وذلك عام 1776... اما اسمه فأطلقه عليه العالم لافوازييه...
يعتبر الهيدروجين اكثر العناصر تواجدا في الكون... ومنه تكونت بقية العناصر كما تصف ذلك نظرية الانفجار الاعظم
الحالة (في درجة حرارة الغرفة): غازية اللون: لا لون له من اللافلزات التوزيع الالكتروني: 1s1
طاقة التأين: 1312 كيلوجول/مول الألفة الالكترونية: 72.8 كيلو جول/مول الالكترو سالبية: 2.2
نصف قطر الذرة: 53 * 10^-12 متر سرعة الصوت خلاله: 1270 مترا في الثانية درجة حرارة الانصهار: 14.01 كلفن درجة حرارة الغليان: 20.28مئوية كلفن ما دام الاندماج النووي وقوده الهيدروجين.. والهيدروجين في الماء.. والماء يغطي 71% من كوكب الأرض؛ فهذا يعني ان الأرض مغطاة بوقود سريع الانفجار لا ينتظر سوى طفل يرمي فيه عود ثقاب. والطفل في هذه الحالة قد يكون عالماً مخبولاً أو حرباً نووية أونيزك مستعر ـ أو أي سبب آخر ـ كاف لاشعال عود الثقاب الذي لن يكون سوى 10ملايين درجة تبدأ التفاعل الهيدروجيني.. في ذلك الوقت ستستعر البحار لهباً تذوب من حرارته الجبال كأحد المشاهد المتوقعة ليوم القيامة! وإن كنت ترى الفكرة ضرباً من الجنون أو مشهداً في رواية خيالية فتأمل قوله تعالى: {والبحر المسجور إن عذاب ربك لواقع}،{وإذا الوحوش حشرت، وإذا البحارسجرت}.. وقد جاء في لسان العرب ان السجر هو "البحريسجر فيكون نار جهنم" وقال كعب "البحر جهنم تسجروتسعر........... ( الهيدروجين وقود السيارة والطائرة )
في خطوةجديدة نحو تحقيق حلم استخدام الهيدروجين كطاقة متجددة أعلنت شركة "بي إم دبليو" عن استكمال برنامجها؛ لتصنيع سيارات تستخدم الهيدروجين كوقود بدلاً من البنزين، وذلك في تقرير لمجلة درشبيجل الألمانية، ويتوقع أن يتم طرح تلك السيارة في الأسواق في العام القادم، حيث انتهت الشركة بالفعل من إنتاج وإجراء التجارب على خمس عشرةسيارة، وهي من الفئة التي يصل سعة محركها إلى سبعة لترات، ويفيد التقرير أن سعر تلك السيارة لن يزيد عن سعر مثيلتها التي تدار بالبنزين.
والهيدروجين هو أبسط عنصر عرفه الإنسان، حيث يتكون من بروتون واحد وإلكترون واحد، ويمثل أكثر من 90% من مكونات الكون و30% من كتلة الشمس، وهو ثالث أكثر العناصر توافرًا على سطح الأرض،الهيدروجين غاز ليس له لون أو طعم أو رائحة، وهو غير سام، يتكون من جُزيء ثنائي الذرة H2 ولا يوجد منفردًا بل مرتبطا دائمًا مع عنصر آخر، فهو يرتبط بالأكسجين مكونًا الماء H2O، ويرتبط مع الكربون مكونًا مركبات مختلفة مثل الميثان CH4 والبترول.
الهيدروجين جزء من دورة أنيقة ونظيفة، فعند فَصْل مكونات الماءإلى هيدروجين وأكسجين باستخدام الفصل الحراري أو التحليل الكهربي أو باستخدام الطاقة الشمسية - وهذا ما نجح العلماء في مركز الطاقة المتجددة في الولايات المتحدةمن عملة، حيث ابتكروا جهازًا واحدًا يقوم بفصل الهيدروجين من الماء وتحويله إلىطاقة كهربية في نفس الوقت باستخدام أكثر من 12.5% من الشعاع الشمسي (الأجهزةالقديمة كانت تُحَوِّل من 4% إلى 6% فقط)، ولكن يقف أمامهم عائق التكلفة، فالجهازما زال غير اقتصادي التكلفة - يستخدم الهيدروجين الناتج لشحن خلية وقود - وهو مايُطلق على البطارية الهيدروجينية - وعند استخدامها يرتبط الهيدروجين بأكسجين الجوفي نتج طاقة كهربية وماء، وهو بذلك لا ينتج أي ملوثات بيئية أو غازات سامة.
إذًا فالهيدروجين مصدر ثانوي للطاقة أو يطلق عليه حاملا للطاقة - مثله مثل الكهرباء - فهو يحتاج إلى مصدر آخر للطاقة لإنتاجه، ولكنه يُخَزِّن طاقة هذا المصدروينقلها للمستخدم أينما كان.
وقد استخدمت وكالة NASA للفضاء الهيدروجين في برنامجها الفضائي منذ سنوات، فالهيدروجين هو الوقود الذي يحمل سفن الفضاء إلىالفضاء الخارجي، وخلايا الوقود الهيدروجينية هي التي تقوم بتشغيل النظام الكهربي للسفينة، وينتج عن هذا ناتج واحد فقط وهو الماء النقي الذي يستخدمه رواد الفضاء فيالشرب، خلايا الوقود الهيدروجينية تنتج الكهرباء بفاعلية عالية، ولكن تكلفتها مازالت عالية.
استخدام الهيدروجين كوقود - وخصوصًا للسيارات - هو المتاح الآن إما في صورة هيدروجين نقي وبالتالي لا ينتج أي نسب تلوث أو مضافًا للبنزين أوالديزل، وبالتالي يخفض نسبة الانبعاثات الملوثة من 30% إلى 40%.
والهيدروجين أيضًا يمكن أن يكون وقودًا مثاليًّا للطائرات، فهو ينتج كميةأكبر من الطاقة، وبالتالي ستحتاج الطائرات إلى كمية أقل من الوقود، كما أنه أخف من الوقود الحالي، وبالتالي ستستطيع الطائرة زيادة حمولتها.
وعن إنتاج الهيدروجين طبيعيًّا اكتشف العلماء بعض الأنواع من الطحالب والبكتيريا التي تقوم بإنتاج الهيدروجين كناتج طبيعي، وتجري الأبحاث حاليًا حول حَثِّ تلك الطحالب علىإنتاج كميات أكبر من الهيدروجين.
معظم الطاقة التي يستخدمها العالم اليوم تأتي من الوقود الحفري فقط 7% منها يأتي من مصادر الطاقة المتجددة، غير أن العالم الآن يحاول زيادة استخدام الطاقات المتجددة فهي نظيفة لا تلوث البيئة، كما أنها لاتنفَد، لكن مثل هذه الطاقات كالطاقة الشمسية وطاقة الرياح تواجه مشكلة عدم التواجدالدائم وعدم القدرة على التخزين لفترات طويلة، وهنا يأتي الهيدروجين؛ ليحل تلك المشكلة، فيمكننا أن نخزن تلك الطاقة إلى متى نريد وحيث نريد، فهل يمكن أن نستغنيفي المستقبل عن الوقود الحفري ؟ وهل سنستخدم الهيدروجين كبديل للكهرباء ؟ أسئلةسيجيب عنها المستقبل في العام القادم، حيث انتهت الشركة بالفعل من إنتاج وإجراء التجارب على خمس عشرةسيارة، وهي من الفئة التي يصل سعة محركها إلى سبعة لترات، ويفيد التقرير أن سعر تلك السيارة لن يزيد عن سعر مثيلتها التي تدار بالبنزين.
منقول
توقيع :Galal Hasanin
Mr. Galal Hasanin
Expert Teacher of English Language
El-Malek El-Kamel High School
Mansoura Secondary High School
الصوديـــــوم .. يعرف الصوديوم في اللغة اللاتينية باسم ناتريوم Natrium نسبة الى وادي النطرون في مصر ، ومنه جاء رمزه الكيميائي Na .
مميزاتــــــــــــــــه .. هو احد العناصر الكيميائية في الجدول الدروي له العدد الذري 11 وينتمي الي العناصر الفلزية القلوية . والصوديوم فلز ابيض فضي اللون، طري يمكن قطعه بالسكين . كثافته 927ر0 جم/سم3 ( أخف من الماء ) ، ينصهر عند درجة حرارة 9ر97 مْ ، ويغلي عند درجة حرارة 9ر982 مْ . والصوديوم نشط جدا ويتفاعل بشدة مع الماء وينصهر اثناء التفاعل وتنطلق منه حرارة عالية ، ولهذا السبب فانه يحفظ مغمورا تحت الكيروسين ، ولا يصح تداول الصوديوم بالأيدي العارية لان ذلك يؤدي الى اشتعال الفلز واصابة الأيدي بالحروق . واذا سخن الصوديوم في الهواء الرطب فانه يشتعل بضوء أصفر ناصع ، ويتفاعل مع الكلور عند امرار تيار ساخن منه على الصوديوم ويتكون ملح الطعام وينبعث ضوء مبهر .
وقد عرف الانسان عددا من املاح الصوديوم منذ الحضارات القديمة ، مثل كلوريد الصوديوم ( الملح الحلو كما كان يسميه الكيميائيون العرب ) ، والصودا الكاوية وكربونات الصوديوم ، ونترات الصوديوم، والبوارق (املاح الصوديوم والبورون ) ...الخ ، واستخدمها في غذائه (ملح الطعام ) وفي الطب وتنظيف الملابس وغيرها ، ولايعرف متى ولا كيف اهتدى الانسان الى استخدام ملح الطعام في غذائه .
تاريـــــــــــخ .. وهناك من يعتقد ان ذلك بدأ مع انتقال الانسان من عصور الصيد الى عصور الزراعة وما يتبعها من اعتماد الانسان على المنتجات الزراعية كمواد غذائية بصورة رئيسية ، وكان قبل ذلك يعتمد على اللحوم ، خاصة لحوم الحيوانات المفترسة اللاحمة ( آكلة اللحم ) والتي تحتوي لحومها على نسبة عالية من الصوديوم وتختلف في ذلك عن المنتجات الزراعية ، وبعد زيادة المنتجات الزراعية في غذاء الانسان اخذ في البحث تلقائيا عن الصوديوم من مصادر خارجية ومن ثم عرف ملح الطعام ، وساعد على ذلك وجود ملح الطعام في صورة صخرية صلبة هو الملح الصخري ووجوده ذائبا في مياه البحر .
وقد اشارت التوراة الى قوافل الملح القديمة الى سادوم ( بلدة لوط عليه السلام ) وعامورة حيث كانت تجلب ملح الطعام من جبال وهضاب الملح على ضفاف البحر الميت ، وكانت تحت سيطرة وحكم الرومان ، وعلى هذا الأساس لايعرف مكتشف معين للصوديوم ، وقد تمكن السير (همفري دافي ) من الحصول على الصوديوم الفلزي في سنة 1807 بالتحليل الكهربائي للصودا الكاوية المصهورة (هيدوكسيد الصوديوم NaOH ) . تواجــــــــــــده... يعتبر الصوديوم سادس اكثر العناصر شيوعا في القشرة الارضية حيث يكون حوالي 6ر2 % من وزنها ، وهو لايوجد طليقا ولكن يوجد في عدد كبير من المعادن مثل الألبايت وهو معدن صلب أبيض اللون ويكون ملح الطعام ويوجد في طبقات صخرية في بعض الجبال وقد تكونت هذه الطبقات نتيجة تبخر مياه البحيرات المغلقة في بعض العصور الجيولوجية التي ارتفعت خلالها درجات الحرارة وقلت الامطار وسادت ابانها عمليات التصحر ، ويعتبر العصر البرمي الذي بدأ منذ 280 مليون سنة واستمر حوالي 50 مليون سنة ، من اشهر العصور الجيولوجية التي تكونت فيها طبقات ورواسب الملح الصخري . وتعتبر رواسب الهاليت المصدر الرئيسي لملح الطعام في عدد كبير من الدول خاصة الدول غير الساحلية ، اما الدول الساحلية فتحصل على احتياجاتها من ملح الطعام من ماء البحر بعد تجفيفه من ملاحات خاصة ثم معالجة الملح الناتج بطرق خاصة لتنقيته وتخليصه من الشوائب .
نظائـــــــــــره .. هناك ثلاثة عشر نظيرا للصوديوم تم إكتشافها. والنظير المستقر الوحيد هو Na-23. الصوديوم له نظيران مشعان ناتجان عن الأشعة الكونية هما (Na-22، بعمر نصف = 2.605 سنة، Na-24، بنصف عمر ≈ 15 ساعة).
استخداماتــــــــــه .. - يستخدم الصوديوم في تحضير فوق اكسيد الصوديوم الذي يستخدم لقصر الالوان والتبييض - وفي تحضير أميد الصوديوم الذي يدخل في صناعة الصبغات - وفي تحضير سيانيد الصوديوم ال1ي يستخدم في فصل الذهب من خاماته - وفي صناعة مصابيح بخار الصوديوم لإنتاج إضاءه كهربائية بفاعلية عالية جدا. - ويستخدم في صناعة الصابون مع الاحماض الدهنية - و في بعض السبائك لتحسين بنيانها ولجعل سطوح المعادن ملساء الصوديوم في الجسم ..
يدخل الصوديوم في تركيب الجسم ما يقارب من (100 جم) للفرد ، وهو اكثر الكاتيونات شيوعا في السوائل خارج الخلايا وبالدم ، كما يوجد في جميع النباتات ويتراوح مقداره بها بين (0075ر0%) الى (15ر0%) من وزن النسيج الحي وتزيد هذه النسبة في النباتات المائية والبحرية ، وتزيد درجة تركيز الصوديوم في بعض السوائل الافرازية مثل عصارات الهضم والعرق والبول ، ويعتبر من العناصر المهمة لكل الخلايا والوظائف الحيوية في الجسم .
وتبلغ في كل (100ملليلتر) من الدم (445- 526) ملليجرام ، وفي كل (100ملل) مصل يوجد مابين (0ر331 مللجم) من الصوديوم ، اما الخلايا فلا تزيد عن (8%) وكما يختلف توزيع الصوديوم بين الانسجة نجد مقداره يتفاوت حسب العمر .
ويعتبر الكبد والقلب والكليتين من اغنى اعضاء الجسم بالصوديوم اما خلايا الانسجة الاخرى للجسم فان نسبة تركيز الصوديوم بها اقل من الوسط السائل المحيط بها ، فمثلا يحتوي الدم على (160ملجم 100ملل) ، والبلازما (331ملجم ملل) والخلايا (8 ملجم 100جم) ، والنسيج العضلي حوالي (160ملجم 100جم) ، اما النسيج العصبي فنسبة الصوديوم به (312ملجم 100جم) . ويوجد الصوديوم متحدا مع الكلوريد والبيكربونات في الجسم حيث تشترك في تنظيم توازن الأس الهيدروجيني بالجسم ، وتلعب دورها في تنظيم الضغط الأسموزي وتوازن الماء ، وتحتوي المواد الغذائية على مقادير مختلفة من الصوديوم .
فائدة الصوديوم للجسم ..
ان من اهم الفوائد التي يجنيها الجسم من تناول الصوديوم في صورة ملح الطعام (كمصدر رئيسي له ) هي اتحاده مع ما في المعدة ليكون حمض الهيدروكلوريك الذي يلعب دورا حيويا بارزا في هضم البروتينات بالمعدة . وحيث ان جميع املاح الصوديوم سهلة الذوبان في الماء لذا يقوم الصوديوم بدور الناقل لايونات الكلور والفوسفات والبيكربونات بين اماكن الجسم المختلفة ، وبذلك يتم تنظيم درجة تركيز الاملاح والمركبات الناتجة عن هضم الطعام وامتصاصه ، وتمثيله ، بين اجزاء الجسم كافة .
ويعمل الصوديوم بالتضامن مع الايونات القلوية الاخرى ، مثل البوتاسيوم والكالسيوم والمغنيسيوم ، على حفظ قلوية سوائل الجسم . بل ويقال عن مركب بيكربونات الصوديوم بالدم " خزان القلوي " (Alkaline Reserve) ويحافظ الصوديوم على بقاء الماء في الجسم ويحفظ للجسم درجة مائيته. كما يقوم ملح الطعام بجعل الغذاء اكثر استساغة واطيب مذاقا.
تعامل الجسم مع الصوديوم....
سواء كان الصوديوم في صورة ملح الطعام ، أو على هيئة استرات الصوديوم من الفواكه والخضروات ، فانها تتاكسد في الجسم ويتبقى الصوديوم في صورة بيكربونات ، ويخرج الانسان (90%) من صوديوم الطعام الذي يتناوله في صورة كلوريد الصوديوم في البول (95% من اجمالي المفرز ) ولا يحوي البراز الا نسبة ضئيلة من الصوديوم ، عدا في حالات الاسهال ، كذا العرق الذي قد تؤدي زيادة افرازه الى تقلص العضلات والضعف العام والصداع والاغماء ولهذا يتعاطى ساكنوا المناطق الحارة الصوديوم مع الماء كوسيلة لتنظيم الضغط الاسموزي وللاستفادة من الوقاية بالصوديوم لتعويض الفاقد من العرق ، ويتاثر ميزان الصوديوم بالجسم بهرمونات الغدة فوق الكلوية او الجار كلوية (Adrenal or Suprarenal) واهمها الكورتيزون (Cortisone) ، اذ تتحكم في اعادة امتصاص الصوديوم من الكليتين ، وتقليل الفاقد من الصوديوم بالبول .
حاجة الجسم من الصوديوم ....
يترواح ما يتعاطاه الفرد من ملح الطعام " كلوريد الصوديوم " في اليوم ما بين ( 2- 20 جم ) ، الا ان حاجته الفعلية لا تتعدى ( 5 جرام ) يوميا ، وينصح لتلافي ارتفاع ضغط الدم الحد من هذه النسبة الى ( 1 جم / يوم) . ويلاحظ ان تعاطي كل لتر ماء بعد الاربعة الاولى يجب ان يقابله ( 1جم ) صوديوم .
توقيع :Galal Hasanin
Mr. Galal Hasanin
Expert Teacher of English Language
El-Malek El-Kamel High School
Mansoura Secondary High School
الرمز: O العدد الذري: 8 الوزن الذري: 15.9994 الحالة في درجة حرارة الغرفة - غازية اللون - لا لون له يشكل الاكسجين حوالي خمس الغازات في الغلاف الجوي للارض... كما انه الثالث في الشمس... حوالي ثلثي جسم الانسان من الاكسجين... وكما ذكرنا فلا لون له في حالته الغازية... لكنه يميل الى الزرقة في الحالة السائلة... الاوزون هو جزيء سام يتكون من ثلاث ذرات من الاكسجين ويتكون نتيجة لتعرض جزيئات الاكسجين للاشعة فوق البنفسجية... الاكسجين فعال واكاسيد العديد من العناصر معروفة... كما انه يستخدم في عملية التنفس... يمكن الحصول على الاكسجين بعدة طرق منها عملية الالكتروليزا لهيدروكسيد البوتاسيوم باستعمال اقطاب من النيكل... وكذلك بواسطة تسخين برمنجنات البوتاسيوم. ..من مجالات استخدام الاكسجين النقي و هو على شكل جزئ O2 عملية اللحام الغازية للمعادن
بحيث يستخدم غاز الاستلين عادة مع غاز الاكسجين ليتتم عملية الاحتراق بشكل كامل , و تنتج حرارة هائلة تصل الى 3000 درجة سيليوس .
و يدخل الاكسجين ايضا في صناعة الادوية و مستحضرات التجميل نسبة الأكسجين الموجودة في الهواء الجوي تقدر بحوالي 21% ويوجد بحوالي 88% في الماء والأكسجين يدخل في تركيب الآلاف من المركبات الكيميائية التي تتكون منها قشرة الأرض والتي تدخل أيضا في تركيب المادة المساندة للحياة في قشرة الأرض .. يتحد ويتفاعل الأكسجين مع معظم عناصر الجدول الدوري ماعدا النيون والهليوم والأرجون وتوجد للأكسجين نظائر عدة منها الطبيعي ومنها الصناعي أما فكل من ( أكسجين 16 الذي يشكل نسبة 99.75% وأكسجين 17 نسبته 0.03 % وأكسجين18 نسبته 0.02% ) نظائر طبيعية للأكسجين أما النظائر( أوكسجين 14,15, 19) هي نظائر صناعية .
وعندما يتنفسه الإنسان ويدخل إلى الرئتين تحمله كريات الدم الحمراء شكل جدول دائم إلى خلايا الجسم وهناك يحرق الطعام ويشكل الحرارة اللازمة لاستمرار المحرك البشري أوعملية الحياة. وعملية أتحاد الأكسجين مع العناصر المختلفة تسمى بالأكسدة وعند حدوث الأكسدة بسرعة تكون بشك أحتراق وفي جميع أحوال الأكسدة تقريبا تطلق الحرارة بسرعة قصوى بحيث ليس هناك من وقت أخراجها أو التخلص منها عندها ترتفع درجة الحرارة بشكل عظيم وربما نتج عن ذلك بعض اللهب.. وهناك عدد كبير من مركبات الأكسجين منها مركب فوق أكسيد الهيدرجين H2O2 ( الماء الثقيل) حيث يتم تحضير هذا المركب بعدة طرق منها .. 1- التحليل الكهربائي لكبريتات الأمونيوم . 2- أكسدة البرينول. H2O2 له درجة غليان أعلى من H2o حيث تبلغ حوالي 105.2 درجة مئوية أما درجة تجمده تساوي -0.42 فهي أقل عن درجة تجمد الماء ويستخدمH2O2 كعامل مؤكسد ويمكن أن يحضر منه غاز الأكسجين .. وهناك مركبات كثيرة أخرى للأكسجين مثل MgO , Al2O3 وغيرها الكثير ..
توقيع :Galal Hasanin
Mr. Galal Hasanin
Expert Teacher of English Language
El-Malek El-Kamel High School
Mansoura Secondary High School
عنصر الكربون...عنصر لافلزي صلب... عديم الطعم والرائحة... عدده الذري 6ووزنه الذري 12.011... درجة حرارة انصهاره 3500 درجة مئوية... ودرجة حرارةغليانه 4830 درجة مئوية... كثافته 2.32 غم/سم^3 وترتيب الكتروناته: 1s2 2s2 2p2
للكربون نظيران ثابتان اثنان... اولهما وهو الاكثر انتشارا هوكربون-12 (99%) اما الثاني فهو كربون-13 (تقريبا 1%). كما توجد 7 نظائر مشعة للكربون اشهرها الكربون-14 وزمن نصف عمره حوالي 5717 عاما... لذا فهو يستخدم للكشف عن اعمار الاثار والمتحجرات...
يعتبر الكربون-12 اساسا لتحديد اوزان العناصرالذرية... وهو معروف منذ القدم... ويظهر في الطبيعة كعنصر حر وفي المركبات ايضا...
للكربون صور اخرى مثل الماس وهو من اقسى المواد في الطبيعة...
ومثل الجرافيت وهو مادة لها استخدامات صناعية كثيرة... ومثل الجرافيت وهو مادة لها استخدامات صناعية كثيرة...
وفي العام 1985 تم اكتشاف صورة جديدة للكربون وهي صناعية غيرطبيعية... وهي C60 - جزيء كبير على شكل كرة... ومع مرور السنين تم الكشف عن فولرينات اخرى تبدأ من 32 وتنتهي ب 600للكربون ومركباته استخدامات كثيرةجدا... فعدا عن ضرورته للحياة... حيث انه يتواجد في الوقود: الفحم الحجري, النفط الخام, الغاز الطبيعي وغيرها... ولأن الكربون موصل للحرارة فإنه يستخدم في انتاج الكهرباء وفي الاجهزة الكهربائية المختلفة... كما ان اضافة الكربون للفولاذ مفيدةجدا... وهو يستخدم في المفاعلات النووية ايضا...
نرجو تفاعل الجميع كي نخرج بالكثير من المعلومات عن هذا العنصر الهام... لقد جاء اكتشاف نوع جديد من الكربون مفاجأة مذهلة لمعظم العلماء، فالكربون أكثرالعناصر التي تعرضت للبحث العلمي المكثف لأنه الأساس في معظم الجزيئات العضوية. ولتقدير مدى أهمية هذا الاكتشاف الحديث، سوف نلقي الضوء أولا على الجرافيت والألماس كصورتين من صور الكربون النقي.
الجرافيت أكثر صور الكربون شيوعا،ويوجد في شكل صلب أسود ناعم الملمس حيث ترتب ذراته في شكل طبقات مسطحة، يمكن أنتنزلق على بعضها البعض. ومن ثم يمكن استخدام الجرافيت بكفاءة في تشحيم الآلات. ويصنع من الجرافيت الأقلام الرصاص، ولأنه موصل للكهرباء فهو يصلح لصناعة الأقطاب الكهربائية. كما يوصل الجرافيت الحرارة ولا يتحد بالمواد الكيميائية الأخرى إلا في درجات الحرارة العالية، ومن ثم فكثير من الأوعية التي تصهر فيها المعادن، تصنع من الجرافيت. وكذلك يستخدم الجرافيت في المفاعلات النووية ليبطىء من سرعة النيوترونات ومن ثم تعمل المفاعلات بكفاءة أكثر.
أما الألماس فيتكون من بلورات فائقة الصلادة متلألئة وعديمة اللون. والألماس جزيء عملاق يتكون من ذرات كربون، كل منها يلتحم بأربع ذرات أخرى. لتكوين أركان التركيب الهرمي المسمى "الهرم الرباعي المنتظم". ولا يذوب في الأحماض، ولكنه لو تعرض لحرارة عالية ومع وجود الأكسوجين يحترق ويتحول إلى ثاني أكسيد الكربون، وإذا سُخّن دون وجود الأكسوجين فسوف يتحول إلى جرافيت. وأصبح الألماس يستخدم في بعض أجزاء محركات السيارات والطائرات الحديثة بسبب صلادته الشديدة التي تنتج عن تركيبه الذري الفريد.
واتضح للعلماء أخيرا تركيب جزيء الكربون العملاق الجديد، الذي نتج من التحام 60 ذرة كربون (ك- 60) مع بعضها البعض لتكوين هيكل كروي الشكل ذي 12 مضلعا خماسيا و 20 وجها سداسيا على سطحه يشبه كرة القدم المجوفة. كما ثبت أيضا أنه عند وجود عدد كبير من مثل هذه الجزيئات الضخمة، فإنها تتبلور (أي تتخذ شكلا محددا) في كيان صلب ذي شبكات متكدسة منتظمة مكونة من جزيئات ك- 60 أي كرات باكي، وتكون له درجة عالية مدهشة من التماثل. والاسم الشائع لهذا الكيان هو كرة القدم ذات الستين رأسا (رأس واحد لكل ذرة كربون في الجزيء ك- 60) وكل ذرة كربون ترتبط كيميائيا بثلاث ذرات كربون أخرى،بحيث تكوّن كل رابطة حافة في سداسيين كما تكوّن كل رابطتين حافتي خماسي وسداسي.
توقيع :Galal Hasanin
Mr. Galal Hasanin
Expert Teacher of English Language
El-Malek El-Kamel High School
Mansoura Secondary High School
وجميع ذرات الكربون متكافئة من حيث التماثل وتشكل سطحا مغلقا، مكونا من مجموعة من الأضلاع الخماسية والسداسية المنتظمة.
وتصنع كرات باكي عندما تصطدم ذرات كربون ساخنة جدا وشظايا الجرافيت بعضها بالبعض.
وتلتف شظايا الجرافيت لأن الذرات الموجودة في الحواف المتآكلة لطبقاتها الرقيقة، تكون متلهفة للالتصاق بأي شيء. فـإذا قُدّر لأي ذرةكربون واحدة أن تصطدم بالحافة، فيمكنها أن ترتبط بطرفين سائبين لتكوين شكل خماسي. وهذه الأشكال الخماسية تميل لجعل السطح أكثر تقوسا.
أما طبقةالأشكال السداسية- في شظايا الجرافيت - فتميل لجعل السطح مسطحا، وعندما تختلط الخماسيات والسداسيات، فإن الخماسيات تبتعد عن بعضها البعض لأن وجودها متجاورةيجعلها غير مستقرة، ومن ثم يلتف السطح إلى أعلى حتى ينغلق تماما، حيث تفصلالسداسيات بين الخماسيات وكذلك بين بعضها البعض. وهكذا يبدو جزيء ك- 60 مثل كرةالقدم المجوفة، وهو الجزيء الوحيد لأي عنصر منفرد يتخذ شكلا كرويا.
اكتشاف الجزيء السحريإن االقصة وراء اكتشاف كرة باكي لا تقل غرابة عن تركيبها. ففي عام 1984 كان فريق عمل يرأسه ريتشارد سمالي الأمريكي، يدرس خواص بعضالعناقيد الذرية Atomic Clusters (أكبر من الجزيئات ولكنها أصغر من الأجسام الصلبةالمرئية) لعدة عناصر بجهاز يستخدم أشعة الليزر والموجات فوق الصوتية، واقترح عليهم أستاذ جامعي إنجليزي زائر هو هارولد كروتو، إضافة الكربون إلى قائمة العناصر تحت الدراسة، إذ كان يبحث في الأصول الممكنة لجزيئات الكربون طويلة السلسلة الموجودة في الفضاء بين النجوم، والتي ربما تكونت في أفران النجوم المعروفة باسم "العمالقةالحمر" Red Giant الغنية بالكربون.
وكان من رأي كروتو أن الجهازالذي يستخدمه سمالي، قد ولّد درجات حرارة تصل إلى عشرات الآلاف من الدرجات المئوية - وهي تزيد على سخونة سطح العملاق الأحمر- كان طريقة معملية مناسبة لمحاكاة هذاالفرن الكوني، ومن ثم اختبار صحة نظريته التي كانت تتلخص في أن جزيئات الكربون الدقيقة المنتشرة بين النجوم، تمتص الضوء بطريقة مثيرة يمكن أن تساعد على فهم الكون بطريقة أفضل.
وعندما نجح فريق العمل في تحطيم الكربون، نتجت عناقيد ذرية عديدة. ولكن كان هناك شيء عجيب في "العناقيد" ذات الـ 60 ذرة كربون، إذ كانت تزيد في كميتها بمقدار ثلاثة أمثال على أي عناقيد أخرى ذات عدد زوجي منالذرات.
وتساءل سمالي في دهشة: لماذا نتج هذا العدد الكبير من "عناقيد" ك - 60؟! وكان أحد التفسيرات أن هذه العناقيد تكوّن "شطائر" كربونية أي طبقات رقيقة مستوية من المادة تحتوي على أعداد كبيرة من الذرات وتشتمل على مجموعات سداسية شبه جرافيتية.
وبمزيد من الدراسة اتضح أن ك- 60 ليس "عنقودامن الذرات" ولكنه "جزيء" Molecule (أصغر جزء من المادة يوجد مستقلا ويحتفظ بخواص هذه المادة) وبالتحديد جزيء على شكل كرة قدم مفرغة ولعل هذه الطبقات الرقيقة المستوية، التفت حول نفسها لتكوين هذا الشكل الكروي المميز.
ولكن بعد إعلان هذا الاكتشاف المذهل في عام 1985، وجد سمالي وكروتو وفريق العمل أنفسهم في ورطة، فلم يكن لديهم سوى أجزاء من الملليجرام من الجزيء الجديد ك- 60، وهذا لايكفي حتى لإثبات وجوده! واستمرت الأبحاث العلمية على كرات باكي.وفي أوائل عام 1991تمكن بعض الكيمائيين من إنتاج كميات كبيرة نسبيا من الجزيء ك- 60 تصلح للأبحاث العلمية، تبلغ نحو جرام واحد يوميا، ولكنهم يتوقعون أنه خلال عشر سنوات فقط من العمل المتواصل، سوف توجد مصانع كبيرة لإنتاج هذه الجزيئات السحرية بكميات كافية،بحيث يصل سعر الكيلو جرام من كرات باكي إلى بضعة دولارات فقط.
والطريقة الجديدة لاستخلاص كرات باكي، تتلخص في استخدام قوس كهربائي لتسخين قضيب كربوني رقيق إلى درجة حرارة عالية في جو من الهليوم تحت ضغط منخفض، مما يؤدي إلىتكوين مسحوق ناعم يطلق عليه (سناج) Soot، من الكربون النقي يمكن منه استخراج جزيئات ك- 60. وقد أمكن أيضا صنع تكوينات أصغر تسمى "كريات باكي" تضم 32 ذرة فقط، ولكن لأنها تحتوي على أشكال خماسية متجاورة فإنها أقل استقرارا بكثير. وإذا أضيف إليهاعدد من الأشكال السداسية يمكن صنع كمية كبيرة من الجزيئات الأضخم ذات العدد الزوجيمن الذرات مثل ك- 70، ك - 76،- ك- 78، ك- 82.. وتختلف أشكال هذه الجزيئات عن ك- 60الفريد، فعلى سبيل المثال الجزيء ك- 70 يمتلك حزاما زائدا مكونا من 10 ذرات حول خط استوائه، مما يجعله ذا شكل شبه كروي أكثر استطالة (بيضاوي).
واتضح أن هناك عائلة كبيرة من هذه الجزيئات الكربونية العملاقة، أطلق عليها "الفلورينات" Fullerenes تتميز بخواص كهربية ومغناطيسية وبصرية غريبة.
وفي ربيع عام 1991، تمكّن الكيميائيون لأول مرة من التقاط صورة لجزيء كرة باكي، بواسطةالأشعة السينية، وبمساعدة الكمبيوتر. واتضح من تركيبه البلوري كيفية ترتيب الـ 60ذرة كربون به، والتركيبات الخماسية والسداسية المتجاورة، كما تأكد شكله الهندسي الكروي الذي يتصف بصلابة غير عادية.
ولأغراض الدراسة، كان لابد من الإمساك بهذا الجزيء العجيب بواسطة مقبض كيميائي من عنصر الأزميوم- الذي يثبت الجزيئات في أماكنها- لإيقاف دورانه المروّع حول نفسه، إذ إنه يدور بمعدل ألف مليون مرة في الثانية الواحدة!.
توقيع :Galal Hasanin
Mr. Galal Hasanin
Expert Teacher of English Language
El-Malek El-Kamel High School
Mansoura Secondary High School
استخدامات مذهلة تساءل العلماء: عندما نحصل على كرات باكي، ما الذي سوف نفعله بها؟.
إن الطرقالكيميائية تصل إلى الحلول ببطء شديد، ومع ذلك فقد حققت العبقرية الكيميائية نجاحاسريعا فيما يتعلق باستخدامات جزيء الكربون العملاق ك- 60، إذ اتضح أنه مستقر تماماومقاوم للنشاط الإشعاعي، والتآكل الكيميائي، ويتقبل الإلكترونات بشراهة ولكنه لايمانع في إطلاقها، كما أن له صفات كهربية عجيبة.
وبعد دراسة هذهالخصائص الفريدة لكرات باكي، أخذ العلماء يطلقون لأفكارهم وتصوراتهم العنان لبعضالتطبيقات، مثل قيامها بنقل النظائر المشعة إلى داخل الجسم البشري بهدف تشخيصالحالات المرضية أو نقل الهرمونات أو أي عقاقير لعلاج بعض الأمراض، وأحد الأفكارالمطروحة للعلاج بالمواد المقاومة للأورام السرطانية، هي إدخال نظائر مشعة في كراتباكي، حيث يعمل الحاجز الكربوني على حفظ سلامة هذه النظائر بعد حقن مريض السرطانبها.
كما يمكن تصميم بطارية فائقة القوة وخفيفة الوزن، وذلك بتغليفذرات عنصر الليثيوم والفلور (التي تُولّد طاقة عند اجتماعهما معا) داخل قفص جزيء ك- 60، لحمايتها من تأثير الأكسوجين الجوي عليها، وإذا أمكن ربط سلسلة من كرات باكيمعا، فإنها تشكل الأساس لأنواع جديدة من اللدائن الصناعية ذات خصائصمتفردة.
ووجد العلماء حديثا طريقة لاستخدام هذه الجزيئات الكربونيةالضخمة، كأقفاص لاقتناص ذرات بعض العناصر- كالهليوم- ومن ثم تستخدم كمتتبعاتكيميائية رائعة، لمراقبة انتشار المواد الملوثة من نقطة تفريغها في أحد الأنهار. ويمكن الكشف عن أي مقادير ضئيلة جدا من الهليوم، لأنه لا يوجد حولنا في الجو مركباتمنه. وعلى سبيل المثال إذا أذيب مليجرام من الهليوم في حوض سباحة، وقُلّب جيدا،فيمكن الكشف عن ذرات الهليوم وكرات باكي، في نقطة واحدة من الماء. وتعتبر كرات باكيوالهليوم أكثر ملاءمة للاستخدام من المتتبعات المشعة التي تستعمل في الوقتالحاضر.
وفي إحدى التجارب على جزيئات ك- 60، تم إطلاقها داخل جدارمن الصلب الذي لا يصدأ بسرعة تبلغ 24 ألف كيلو متر في الساعة، فارتدت إلى الخلف دونأن يصيبها ضرر، ومن ثم اتضح أنها مرنة أكثر من أي جزيئات أخرى معروفة حتى الوقتالحاضر. وهذه الخاصية تجعلها صالحة لاستخدامها وقوداً للصواريخ ومركبات الفضاء، حيثيمكنها أن تتحمل ضغوطا هائلة.
ويخطو علماء فيزياء الجوامد خطواتكبيرة لا تقل أهمية. فقد وجدوا أن المواد الصلبة المكونة من كرات باكي، تتميز بخواصمدهشة فعندما تتبلور هذه الجزيئات العملاقة، فإنها تندمج مع بعضها البعض، وتصبح مثلكومة من البرتقال لدى بائع الفاكهة، وترتبط جزيئات ك- 60 ببعضها بقوى ضعيفة مثل تلكالتي بين طبقات الجرافيت.
وأي كتلة من كرات باكي يمكن ضغطها إلى 70% من حجمها الأصلي عند ضغط يبلغ ثلاثة آلاف ضغط جوي، وعندما يرفع عنها هذا الضغطفإنها ترتد إلى شكلها العادي، لكنها إذا ضغطت بقوة تجاه بعضها البعض، فإن ذراتالكربون في الكرات المتجاورة تبدأ في التنافر بشدة فيما بينها، وتصبح المادة شديدةالصلادة كالألماس. وإذا ازداد الضغط بسرعة وبقوة هائلة، فإن كرات باكي تتحول إلىألماس بالفعل، وهذا التحول يمكن أن يكون مهما في الأغراض الصناعية.
والقوى الكيميائية الضعيفة بين كرات باكي، هي أكبر نقطة ضعف فيها. إذ يمكن تمزيقهذه القوى بالحرارة العالية، فعند درجة حرارة تبلغ ثلاثمائة درجة مئوية أو نحو ذلك،تبدأ الكتلة الصلبة من كرات باكي في "التبخر"، ومن ثم لا يمكن استخدامها كموادتشحيم - كالجرافيت- إذ لابد أن تتحمل درجات حرارة مرتفعة.
وقد اتضحأنه لو وضعت بعض ذرات من عناصر أخرى بين كرات باكي ثم خفضت درجة الحرارة جدا، فإنشيئا غريبا سوف يحدث، إذ وجد العلماء أن تبريد خليط من كرات باكي والبوتاسيوم إلى 255 درجة مئوية تحت الصفر، يجعله موصلال فائقا Super conductor أي أن التيارالكهربائي يمر خلاله بدون أي مقاومة أو فقد للطاقة. ويمكن تشبيه هذا الخليط من ك - 60 والبوتاسيوم (أو أي مواد أخرى)، بأن بائع الفاكهة الفنان قد "حشر" بعض المشمش فيالفراغات التي بين كوم البرتقال لديه.
توقيع :Galal Hasanin
Mr. Galal Hasanin
Expert Teacher of English Language
El-Malek El-Kamel High School
Mansoura Secondary High School
موسوعة العناصر الكيميائية