تحقیق مقاله کربنیک

تاریخ کشف کربنیک

شیمی یکی از علومی است که هموراه در زندگی بشر دخالت کامل داشته و وارد و به اندازه که تمدن کنونی بیشتر شود دخالت آن در شئون مختلف زندگی نیز زیادتر خواهد شد. ما در دنیایی زندگی می کنیم که پر از مواد شیمیایی گوناگون است. بعضی از این مواد مانند آب کاملاً برایمان آشنا است اما بسیاری مواد دیگر وجود دارند که چندان آشنا نیستند. واقعیت آن است که ما از هر لحاظ با مواد شیمیایی روبرو هستیم. لباسی که می پوشیم، غذایی که مصرف می کنیم، کاغذی که مطالب را روی آن می خوانیم همگی مواد شیمیایی به شمار می روند. علم شیمی از اجسام و خواص و ساختمان آنها و واکنشهایی که آنها را به اجسام دیگر تبدیل می نماید بحث می کند. طی هزاران سال، دانش شیمی تنها منحصر به تهیه اکسیرها، عطرها و جوهر های پاره ای از فلزات بود. یونانیان قرن پنجم که همواره در صدد پی بردن به رموز و اسرار طبیعت بودند آب را که مایه حیات سایر موجودات است عنصری ساده می پنداشتند حال آنکه آب ترکیبی از دو عنصر ساده اکسیژن و هیدروژن است.

فکر اولیه وجود عناصر ساده ابتدا از امپدوکل و سپس از ارسطو می باشد. ارسطو معتقد بود که چهار عنصر آب، هوا، خاک و آتش مظهر خواص اصلی از قبیل رنگ، استحکام و حالت اجسام می باشند و از ترکیب آنها مواد گوناگون به وجود می آید.

شیمی در طول تاریخ طولانی و تکاملی خود دورانهای گوناگونی را پشت سر گذاشته که می توان آن را به سه بخش عمده تقسیم کرد: دوران باستان که هنوز شیمی به صورت یک علم مشخص درنیامده بود. دوران کیمیاگری از آستانه پیدایش مسیحیت تا سالهای ۱۷۰۰ میلادی و دوران شیمی جدید.

در سراسر دوران تاریک قرون وسطی دانش شیمی نیز همچون دیگر رشته های علوم پیشرفت قابل ملاحظه ای ننمود. کشف الکل و جوهر گوگرد به وسیله کیمیاگر ایرانی محمد زکریای رازی و کشف فسفر در سال ۱۶۷۵ میلادی توسط براند آلمانی از آثار دوره کیمیاگری است. کیمیاگری تنها در اواخر قرن هفدهم و اوایل قرن هجدهم بود که به صورت دانشی حقیقی و واقعی به نام شیمی در آمد. رابرت بویل انگلیسی نخستین کسی بود که دلیرانه با نظرات و عقاید قدما درباره وجود عناصر چهارگانه و تبدیل فلزات مخالفت نمود. به عقیده بویل عنصر جسمی است غیرقابل تجزیه و از ترکیب آنها اجسام مختلف پدید می آید. نظریات بویل در کتاب شیمیدانان شکاک کم و بیش یادآور نگرش ابن سینا در کتاب «ابطال کیمیا» است که در شش قرن پیش از آن به رشته تحریر درآورد. ژوزف بلاک شیمیست اسکاتلندی در سال ۱۷۵۷ گاز کربنیک را به دست آورد و آن را هوای ثابت نامید. ژوزف پریستلی انگلیسی در سال ۱۷۷۴ گاز اکسیژن را ضمن حرارت دادن اکسید قرمز جیوه برای نخستین بار تهیه کرد. هنری کاواندیش دانشمند انگلیسی نیز در سال ۱۷۶۶ هیدروژن خالص را کشف نمود و خواص آن را معلوم و مشخص نمود. برگمان شیمیست سوئدی این نظر را ارائه کرد که هوا مخلوطی از سه گاز است. هوای معیوب (ازت)، هوای خالص (اکسیژن) و اسید هوایی (گاز کربنیک) بالاخره شارک گیوم سئل شیمیست دیگر سوئدی درباره بی اکسید منگنز مطالعاتی کرد و همین موضوع راهنمای او برای تهیه اکسیژن گردید. لاووازیه که در حقیقت بنیانگذار شیمی جدید محسوب می شود گامهای بلندی در راه آزمایش و پژوهش علمی برداشت. کشف گازهای اکسیژن و هیدروژن به لاووازیه این امکان را داد که به تفسیر علمی درستی برای پدیده سوخت و ارتباط آن با هوا نائل آید. لاووازیه ثابت نمود که عمل سوختن ترکیب جسم است با اکسیژن و در این مورد یکی از قوانین اصلی شیمی یعنی اصل بقاء ماده را به شرح زیر وضع کرد:

هیچ چیز از بین نمی رود و هیچ چیز خلق نمی شود. در تمام واکنشهای شیمیایی مجموع وزنهای مواد پیش از فعل و انفعال شیمیایی مساوی وزنهای مواد به دست آمده است.

در آغاز قرن هجدهم یعنی در سال ۱۸۰۰ میلادی ولتا فیزیکدان انگلیسی نخستین پیل را کشف کرد و از آن پس الکتروشیمی در دسترس جهانیان قرار گرفت. دیوی انگلیسی از تجزیه الکتریکی پتاس مذاب فلز پتاسیم و سپس از سود گداخته فلز سدیم را به دست آورد. او با تجزیه الکتریکی ثابت کرد که برخلاف عقیده لاووازیه که اکسیژن را عامل ترشی می نامید تمام اسیدها اکسیژن ندارند. همچنین وهلر آلمانی در آغاز این قرن با استفاده از پتاسیم موفق به کشف آلومینیوم گردید و از آن پس عناصر یکی پس از دیگری پیدا شدند. در اواخر نوزدهم دیمتری مندلیف شیمیست نابغه روس با تنظیم جدول تناوبی معروف خود عده زیادی از عناصر را از خاصیت تکرار اتمها پیش بینی کرد و با کشف آنها شیمی در ردیف علوم مدرن و درجه اول قرار گرفت. بالاخره در حدود سال ۱۷۶۰ برتلو شیمیست بزرگ فرانسوی توانست از ترکیب مستقیم کربن و هیدروژن استیلن را تهیه نماید. شیمی جدید به عنوان یک علم نظام یافت طی ۲۰۰ سال گذشته شکل گرفت و از همان آغاز به کلی از شیوه های کیمیاگری دور شد. از آغازقرن نوزدهم تا کشف و نوآوری در علم شیمی و کاربردهای آن در تکنولوژی و زندگی با سرعت هرچه تمامتر ادامه دارد.

طرز تهیه گازکربنیک و حجم آن در مشروبات گازدار

طرز تهیه گاز کربنیک- در کارخانهای نوشابه سازی غیر الکلی گازدار ایران به تبعیت از دستور کلی موسسات نوشابه سازی غیر الکلی گازدار امریکا گازکربنیک را از سوزاندن گازوئیل بدست میآورند. به این ترتیب که در اثر سوختن گازوئیل گازهائی از قبیل اکسید دو کربن-انیدریک کربن- گاز ازت-.......... و مقدار کمی گاز اکسیژن به دست میاید و چون از بین گازهای بالا انیدرید کربنیک مورد توجه کارخانه میباشد از این رو گازهای بالا را به وسیله جریان آب سرد خنک کرده زو بعد گازها را با آب میشویند تا اگر ذرات کربن در آن وجود داشته باشد بوسیله شستشو از بین برود. در این موقع انیدریدکربنیک جدا میشودد.انیدرید کربنیک حاصل را تحت فشار و برودت آب سرد قرار میدهند تا به مایع سپس به برف کربنیک 2 (کربن دی اکسی)د تبدیل شود. برف کربنیک حاصل را تحت فشار در داخل کپسولهای 20 تا 22 کیلوئی ذخیره مینماید و موقع مصرف با باز نمودن شیر این کپسولها چون فشار از بین میرود برف کربنیک به صورت گاز خارج میشود. سپس این گاز را با فشار وارد شیشه می کنند و این گاز درون اب حل می شود

هدف؛ جهت تعیین مقدار گاز در cc100 نوشابه این دستور العمل نوشته شده است .

دامنه کار آن : جهت تعیین مقدار گاز نوشابه های گازدار کولا و پرتقالی و بی رنگ که در بطری شیشه ای cc284 و یکبار مصرف PET در سایزهای مختلف پر شده اند و همچنین برای سنجش مقدار گاز موجود در دوغ گازدار از این دستور العمل استفاده می شود .

مراحل اجرای کار :

      نوشابه باید دمایی کمتر از محیط ( کمتر از 70 درجه فارنهایت ) داشته باشد تا خطر ترکیدگی نداشته باشد . جهت نشت محصول روزانه از روی خط تولید نمونه برداری می شود . نمونه باید :

لب پر نباشد  در بطر سالم داشته باشد   نشت گاز به هیچ وجه نداشته باشد .

تجهیزات مورد نیاز :

دماسنج کالیبره شده و فشار سنج کالیبره شده

مراحل :

      در ابتدا می بایستی شیر تخلیه گاز دستگاه گاز سنج بسته باشد . سپس توسط قسمت پانچ آن درب نوشابه را سوراخ می کنیم و شیر تخلیه گاز را باز می کنیم تا هوای بالای بطری خارج شود و سپس شیر را می بندیم بعد از آن دستگاه را که بطری داخلش قرار گرفته تکان می دهیم . مرتب عقربه گیج را نگاه می کنیم. با داشتن دما و فشار و با استفاده از جداول مربوطه مقدار حجم گاز را بدست می آوریم .

      سپس این مقدار حجم را در 2/0 ضرب می کنیم تا مقدار گرم گاز Co2 در cc100 بدست

 آید و چنانچه گاز داخل نوشابه کمتر از مقادیر تعیین شده در استاندارد باشد باید سریعاً به مسئولین فنی شیفت اطلاع داده شود . در صورت عدم دسترسی به ایشان به بخش فنی خبر داده شود.برای نوشابه هایی که از قبل مانده یا دمای زیاد دارند باید نوشابه را در  یخچال بگذاریم تا دمای آن به حدود oc 10-0 برسد  سپس گاز آنرا آزمایش می کنیم

مراحل پایش :

      معمولاً هر 5/0 الی 5/1 ساعت یکبار از خط تولید نمونه برداری شده و سنجش گاز صورت می گیرد و نتایج آزمون در فرم 00/06 GFQ ثبت می گردد .

گازکربنیک اتمسفر

مطالعات دیرینه شناسی حاکی است غلظت گاز کربنیک موجود در اتمسفر از حدود 150 هزار سال تاکنون بین 200 تا 300 پی پی ام در نوسان بوده است و در هزار سال اخیر نیز غلظت آن تقریبا 280 پی پی ام بوده است. از سال 1850 میلادی با شروع انقلاب صنعتی و بدلیل استفاده بی رویه از سوختهای فسیلی، تخریب اراضی و جنگل زدایی مخصوصات در نواحی حاره بارانی، میزان گاز کربنیک بصرت نمائی شروع به افزایش نمود بطوریکه در سال 1990 به بیش از 325 پی پی ام رسید. کلیه گیاهان اعم از پست و عالی، گاز کربنیک را در مرحله تاریکی فتوسنتز، از طریق مکانیسم یکسانی تحت عنوان چرخه احیاء کربن (PCR) به هیدراتهای کربن احیاء می کنند. درگیاهان سه کربنه، آنزیم را بیسکو علاوه بر کاتالیز واکنش گاز کربنیک با RUBP، کاتالیزور واکنش RUBP با اکسیژن نیز می باشد. در این حالت، بجای تثبیت گاز کربنیک و تشکیل دو مولکول اسید 3- فسفتو گلیسریک، یک ملکول اسید 3- فسفوگلیسریک یک مولکول اسید فسفوگلیکولیک تشکیل می شود. ترکیب RUBP با اکسیژن یا تنفس نوری نه تنها باعث هدر رفتن یک مولکول رابیسکو می شود ، بلکه یک مولکوی گاز کربنیک را هم که قبلا تثبیت شده، ازاد می کند. همین مسئله باعث پایین آمدن راندمان فتوسنتز در گیاهان سه کربنه، در غلظت معمولی گاز کربنیک می شود. تنفس نوری باعث می شود که فتوسنتز درگیاهان سه کربنه در غلظت 35 تا 45 پی پی ام و در گیاهان چهار کربنه در غلظت 0 تا 5 پی پی ام گاز کربنیک، به نقطه جبرانی برسد. از طرفی گیاهان چهارکربنه در غلظت حدود 400 پی پی ام و حتی برخی از آنها در غلظت فعلی گاز کربنیک واکنش نشان میدهند.

بنابراین با توجه به اینکه غلظت فعلی گاز کربنیک کمتر از حد مطلوب گیاهان است، در مجموع می توان انتظار داشت که افزایش آن باعث ازدیاد تولید در هر دو گروه مخصوصا گیاهان سه کربنه شود. از طرفی دیگر افزایش غلظت گاز کربنیک از طریق تشدید اثر گلخانه ای، ازدیاد دما را بدنبال دارد. افزایش دما موجب کاهش حلالیت اکسیژن و گاز کربنیک در آب شده و شدن این کاهش برای گاز کربنیک بیشتر است. همچنین افزایش دما با کاهش میل ترکیبی رابیسکو با گاز کربنیک موجب افزایش تنفس نوری می شود. به همین دلیل تاثیر مثبت افزایش گاز کربنیک بر فتوسنتز در دمای بالا بیش از دمای پایین است، همچنین تاثیر آن بر گونه های سه کربنه مناطق گرمسیری بیش از سایر مناطق خواهد بود. تاثیر مثبت افزایش شدت تشعشع بر فتوسنتز نیز در غلظتهای بالاتر گاز کربنیکک بیش از غلظتهای پایین است. همنی امر باعث می شود که در محیطهایی که تشعشع زیاد است اثر افزایش غلظت گازکربنیک بیش از غلظتهای پائین است. همین امر باعث می شود که در محیطهای که تشعشع زیاد است اثر افزایش غلظت در گاز کربنیک بر فتوسنتز بیشتر باشد. عقیده بر این است که در غلظتهای پایین گاز کربنیک، محدودیت گاز کربنیک و در غلظتهای پایین گاز کربنیک، محدودیت گاز کربنیک و در غلظتهای بالاتر، تجدید RUBP عامل محدود کننده فتوسنتز است. قابلیت تجدید RUBP خود متاثر از ظرفیت انتقال الکترون بوده و لذا مستقیما تحت تاثیر شدت تشعشع جذب شده قرار می گیرد. یکی از امیتازات گیاهان چهارکربنه در دما و نور زیاد برتری راندمان مصرف آب (WUE) است. در یک مقاومت روزنه ای معین، مقدار خروج آب بیشتر از ورودگار کربنیک است، چون اولاً همواره اختلاف غلظت بخار آب درون و بیرون گیاه بیش از اختلاف غلظت گاز کربنیک است. ثانیاً در مسیر خروج آب، مقاومتهای کمتری نسبت به مسیر ورودگاز کربنیک وجود دارد.با افزایش غلظت گاز کربنیک محیط، هدایت روزنه ای در گیاهان سه کربنه کاهش می یابد (این گیاهان نیازی به باز کردن بیش از حد روزنه های خود ندارد) و این امر اثر بازدارندگی بیشتری بر خروج آب نسبت به ورود گاز کربنیک دارد. در نتیجه منجر به افزایش راندمان مصرف آب می شود. از طرفی دیگر افزایش فتوسنتز، مخصوصا در گیاهان سه کربنه موجب توسعه سطح برگ می شود که افزایش تعرق را بدنبال دارد. همچنین افزایش دما منجر به ازدیاد دمای برگ و نیاز اتمسفری برای جذب رطوبت می شود. برخی از محققین معتقدند که مجموع این دو عامل ، تعرق و مصرف آب را افزاش داده و اثر مثبت افزایش غلظت گاز کربنیک بر راندمان مصرف آب را خنثی خواهد کرد.