یخ خشک (Dry ice)

نام تجاری آن 

 جیرنرایزد (genericized) است.

و شکل جامد دی اکسید کربن است که

 بیشترین کاربرد آن به دلیل خاصیت سرمازایی زیاد آن است.

علتی که آن را به این نام (یخ خشک )میخوانند این است که 

همچون یخ سرد است اما از خود هیچ رطوبتی بر جای نمیگذارد.

 این ماده ذوب نمیشود بلکه تصعید شده 

یعنی با افزایش دما از فاز جامد مستقیما به فاز بخار میرود.

در اثر این پدیده دود سفیدی ایجاد میشود که

 برای شبیه سازی مه یا دود در فیلم سازی از آن استفاده میشود. 

این ماده غیر سمی وغیر خورنده است.

در دمای7/78- درجه تصعید میشود

و هر کیلوگرم آن kj 1/573گرما را جذب میکند

در سال ۱۸۳۵ میلادی شیمیدانی ازکشور فرانسه 

 به نام آدرین ژان پیر پیلوریه برای نخستین بار یخ خشک را کشف کرد.

 او در آن دوران به نتایج و کاربردهایی دربارهٔ یخ خشک رسید

 که ۶۰ سال بعد توسط دانشمندان آزمایش و مشاهده شد.

ون هلمونت نخستین کسی بود  که به وجود co2 پی برد

او هنگام سوزاندن زغال چوب در حفظه ای دربسته متوجه شد

 که جرم خاکستر بدست آمده کم تر از جرم زغال چوب اولیه است.

او به زبان ساده توضیح داد که مقداری زغال از چوب 

در اثر سوختن به جسمی نامریی یا گاز تبدیل شده است.

کربن دی اکسید گازی بی رنگ با بوی کمی تند است .

مولکولهای بزرگ وسنگین کربن دی اکسید آهسته تر از

 مولکولهای سبک وکوچکتری همچون

 اکسیژن یا هیدروژن حرکت میکند.

چگالی کربن دی اکسید 5/1برابر چگالی هواست.

این ماده در دمای پایین تر از 78- درجه متراکم شد

هو به جسم سفید رنگ جامدی به نام یخ خشک تبدیل میشود.

کربن دی اکسید موجود در هوا کره

 به عنوان سپر گرمایی زمین عمل میکند 

و با اثر گلخانه ای مانع از سرد شدن زمین میشود.

کربن دی اکسید به صورت تجاری از چهار منبع بدست میآید.

1چاههای گاز،2 تخمیر،

3 سوختن سوختهای کربنی،

4 فراورده های جانبی فرایند های شیمیایی.

طرز ساختن یخ خشک:

برای ساختن یخ خشک لازم نیست وسایل سرمایش قوی داشته باشیم.

 تنها کافی است دی اکسید کربن (با فشار بالا) داشته باشیم.

 مثلا اگر کپسولی از CO2 با فشاری در حدود حد اقل 75 بار

 و دمای حدود 31 درجه سانتیگراد داشته باشید,

 چنانچه آنرا برعکس کنید 

طوری که شیر خروجی آن در پایین قرار گیرد

و سپس شیر را باز کنید, 

CO2 به صورت یخ خشک از آن خارج میشود.

 علت این پدیده فرآیند اختناق یا خفگی است که در آن

 چنانچه فشار سیالی به صورت

 ناگهانی کم شود دمای سیال نیز کم میشود 

(البته بسته به مقدار ضریبی به نام ضریب ژول-تامسون).

 از همین پدیده در یخچال برای خنک کردن گاز سرد کننده استفاده میشود.

روشهای تولید یخ خشک به طور خلاصه به ترتیب زیر است:

 گاز دی اکسید کربن خالص را زیر فشار و سرما قرار میدهند تا به مایع تبدیل شود.

 در هنگام فشرده کردن مقداری از دی اکسید مایع تبخیر میشود 

و با پایین آمدن درجه حرارت  دی اکسید کربن مایع، 

مقدارباقیماندهدر نهایت به طور کامل از مایع به جامد تبدیل میشوند.

در نهایت دی اکسید کربن جامد را که فشرده و جامد شده‌است

 با قالبهای کوچک یا بزرگ مکعبی، یخ خشک را بسته‌بندی میکنند.

 استانداردهای این قالبهای مکعبی تقریباً ۳۰ کیلوگرم است.

کاربردهای یخ خشک چیست؟

از بین برندن فرو رفتگیها و آسیب های ناشی از تگرگ:

یخ خشک فلزها را منقبض کرده،

فرورفتگی های کوچک روی خودرو هارا ترمیم میکند.

گاه فرورفتگی کاملا بیرون میپرد .

در بیشتر مواقع اگر چه که سطح،

 مانند حالت اولیه ی خود صاف نمیشود 

اما فرو رفتگی به طور چشم گیر کاهش می یابد.

استفاده برای سرد سازی بدون یخچال 

در موارد پزشکی، صنایع هوایی و... برای انتقال مواد خاص

استفاده برای جلوه‌های ویژه و ایجاد مه یا بخار

استفاده در آزمایشگاه‌ها و مراکز علمی

صنعت روغن

ذخیره مواد غذایی

صنعت پخت نان

کندن سرامیک از کف

پایین بردن دما در واکنشهای شیمیایی

تهیه نوشابه

پزشکی

انتقال گیاهان و رشد گیاهان

کند کردن واکنشهای شیمیایی

عامل تولید فشار

انقباض فلزات جهت فیت شدن

چاه‌های آب

جذب کننده مگس‌ها و حشرات موذی

خنک کردن انواع نوشیدنی ها

باران‌زا کردن ابرها

آب 

یکی از مواد مایع و فراوان‌ترین ماده مرکب  بر روی

 سطح کره زمین  و بستر اولیه حیات به شکلی که امروزه می‌شناسیم، است.

بیش از ۷۱٫۱٪ وزن یک انسان از آب تشکیل شده‌است

و نیز بیش از ۶۸٪ سطح کره زمین را آب پوشانده‌است

 (نزدیک به ۳۶۰ میلیون از ۵۱۰ میلیون کیلومتر مربع)

با وجود این حجم عظیم آب تنها ۳ درصد از

 آبهای کره زمین شیرین و قابل شرب است

 و باقی آن به علت محلول بودن 

انواع نمک‌ها خصوصاً نمک خوراکی  غیرقابل استفاده است. 

از همین سه درصد آب شیرین

و ۲درصد منجمد در دوقطب شمال و جنوب

 بیش از ۹۴ درصد به صورت شور است

بیشترین چگالی آب خالص در

دمای ۳٫۹۸ درجه سلسیوس (۳۹٫۱۶ درجه فارنهایت) حاصل میشود

که برابر ۱ گرم بر سانتی‌متر مکعب

 یا ۱۰۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب است.

فرمول شیمیایی آب، H_۲O است؛

 مولکول آب از دو اتم هیدروژن  و یک اتم اکسیژن تشکیل شده‌است

 که باپیوندهای کوالانسی  به هم متصل شده‌اند. 

اتم‌های هیدروژن دارای مقداری بار مثبت هستند

 و با زاویه نزدیک به ۱۰۵ درجه در اطراف اتم اکسیژن قرار گرفته‌اند 

که این موضوع باعث قطبی شدن  پیوندهای مولکول آب شده‌است.

جرم مولی  آب برابر ۱۸/۰۱۵ گرم بر مول میباشد

وزن مولکولی آب ۱۸/۰۱۵ است.

 با این وزن مولکولی در

 شرایط کره زمین (از نظر فشار و دما) 

آب می‌بایستی به‌حالت گاز باشد.

توجه کنیم که آب تقریباً سه چهارم مساحت زمین را پوشانیده

 و تأثیر مهمی روی حرارت هوا و شرایط جوی دارد. 

اگر آب این حالت استثنایی را نداشت تغییرات جوی،

 شکل بلای آسمانی به‌خود میگرفت؛

 و حیات در آن پایدار نمیماند.

آب 

بی‌بو، بی‌رنگ و بی‌طعم.

 آب خواص ویژه‌ای دارد که

 آن را از دیگر مایعات متمایز کرده‌است. 

از این خواص ویژه میتوان به ظرفیت گرمایی  بالا،

 افزایش غیرعادی حجم به هنگام انجماد، کشش سطحی  بالا،

گرانروی  بسیار پایین و بالا بودن گرمای نهان تغییر فاز اشاره نمود. 

دلیل بسیاری از این خاصیتها

 وجود پیوند هیدروژنی  در میان مولکولهای آب است.

 چگالی آب  در دمای ۲۵ درجه سانتی‌گراد و فشار ۱ اتمسفر

برابر ۰٫۹۹۸ گرم بر سانتیمتر مکعب است.

آب در فشار ۱ اتمسفر در دمای ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد می‌جوشد 

و در دمای صفر درجه سانتی‌گراد منجمد میشود.

همچنین آب در ۴ درجه سانتی گراد (دقیقاً ۳/۹۸ درجهٔ سانتی‌گراد)

بیشترین چگالی یعنی ۱ گرم بر سانتیمتر مکعب را دارد،

 که این مسئله از لحاظ علمی بسیار جالب است و یک استثنا به‌شمار می‌آید.

با آن که مولکول آب دارای بار الکتریکی  نیست،

 اما یک «دوقطبی الکتریکی» (Electric Dipole) به‌شمار می‌آید. 

همین قطبی بودن مولکول‌های آب موجب شده

تا نیروی جاذبهٔ میان مولکولهای آن، 

از نیروی جاذبهٔ میان مولکولهای دیگر حلال‌ها بیشتر باشد.

باز در شیمی، 

رایج‌ترین برداشت از ماده‌ای محلول است که

 میتواند پروتونهارا بپذیرد.

 از باز بیشتر به‌عنوان یک قلیا نام میبرند

 (تنها اگریونهایOH⁻ در آن باشد).

 این موضوع به

نظریه برونستد-لوری در مورداسیدها و بازها اشاره دارد. 

در تعریف دیگر،

 باز به هرترکیب شیمیایی گفته می‌شود که 

وقتی در آب حل شد، به آن pH بیشتر از ۷٫۰ بدهد. 

سدیم هیدرواکسید معروف به سود سوزآور وآمونیاک

نمونه‌هایی از بازهای ساده هستند.

باز نقطهٔ مقابل اسید است؛

 چون اسیدها غلظت یون هیدرونیم  (H₃O⁺) را در آب می‌افزایند

 و بازها از غلظت این ماده می‌کاهند.

 واکنش بین یک باز و یک اسید را خنثی سازی می‌گویند.

 بازها با اسیدها واکنش  میدهند تا

 آب و نمک (یا محلول‌های آن‌ها) را تولید کنند.

حل شدن بازها در آب به صورت یک واکنش شیمیایی نبوده

 و انحلال آنها فیزیکی است.

 یعنی تنها تفکیک یونی صورت گرفته 

و کاتیون فلز به همراه یون هیدروکسید (OH-) 

به صورت محلول آزاد میشوند.

یک باز ممکن است در آب محلول یا نامحلول باشد.

 به بازهای محلول در آب قلیا می گویند.

 مهمترین قلیاها،

هیدروکسیدهای گروههای 1 و 2 جدول تناوبی 

(به جز Be و Mg) هستند. 

مثال: 

Fe(oH)3  با اینکه یک باز است

 امّا قلیا محسوب نمیشود، 

زیرا در آب نامحلول است.

نظریه آرنیوس درباره اسیدها:

مطابق تعریف آرنیوس ،

 اسید ماده ایست که در آب یونیزه میشود

و یون +H۳O که گاهی بصورت +H نیز نشان داده میشود، تولید میکند.

(HCl —–> H+ + Cl-(aq

آرنیوس قدرت اسیدی را نیز بر همین اساس تفسیر کردو گفت که

 اسید قوی ، در محلولهای آبی تقریبا، بطور کامل یونیزه میشود.

 در صورتیکه که میزان تفکیک اسید ضعیف کمتر است.

 توجه کنید که مفهوم آرنیوس بر یون‌های آب استوار است.

 بر اساس تعریف آرنیوس میتوان نقش اکسیدهای اسیدی را نیز تفسیر کرد.