گروه آموزشی استان کرمانشاه

علمی-آموزشی

magiran.com > روزنامه اعتماد ملي > شماره 904 7/2/88 > صفحه 20 (دانش) > متن

تنهاي سرگردان هم جفت شد
كشف ساختار مولكولي جديد مهر تاييد ديگري است بر تئوري كوانتوم

دانشمندان خبر از کشف مولکول جديدي دادند که تا پيش از اين تنها در تئوري امکان وجود چنين ساختاري وجود داشت. اين مولکول موسوم به مولکول »ريدبرگ« (Rydberg)، در واقع بر اثر پيوند شيميايي بسيار ضعيف و بي نهايت ناپايداري ميان دو اتم ساخته مي شود. اين نوع جديد پيوند که کشف آن در شماره اخير نشريه »نيچر« گزارش شده است، زماني تشکيل مي شود که يکي از دو اتم سازنده مولکول، تک الکتروني با فاصله بسيار دور از هسته اتم داشته باشد. کشف اخير باعث تقويت تئوري هاي بنيادي در فيزيک کوانتوم از جمله تئوري هاي مربوط به چگونگي رفتار و برهمکنش ميان الکترون ها مي شود که توسط انريکو فرمي (E.Fermi)، فيزيکدان برنده جايزه نوبل بسط يافت. اين مولکول هاي ريدبرگ مورد بحث، از دو اتم عنصر روبديوم ساخته شده اند که يکي از آنها اتم عادي و ديگري اتم ريدبرگ است. يکي از مدل هايي که مي تواند حرکت و موقعيت الکترون ها درون يک اتم را توضيح دهد مدل اوربيتالي است که بر اساس آن الکترون ها در لايه هاي الکتروني مختلفي به دور هسته اتم مي چرخند و اين لايه ها به تدريج از هسته اتم فاصله مي گيرند. با توجه به اين مدل، اتم ريدبرگ يک نمونه استثنايي به شمار مي رود چرا که در اين اتم يک الکترون وجود دارد که به تنهايي و در دورترين مدار ممکن به دور هسته مي چرخد. در واقع در مقياس اتمي مي توان گفت که فاصله اين تک الکترون تا هسته بسيار دور است.
    در سال 1934 انريکو فرمي پيش بيني کرده بود که اگر اتم ديگري در مجاورت اتم ريدبرگ قرار بگيرد و بتواند اين الکترون تنها و سرگردان را بيابد، ممکن است برهمکنشي ميان شان رخ دهد. کريس گرين (C.Greene)، فيزيکدان نظري دانشگاه کلورادو که وجود مولکول هاي ريدبرگ را براي نخستين بار پيش بيني کرده بود، در اين باره مي گويد: »با اينكه فرمي پيش بيني کرده بود برهمکنشي ميان اين الکترون و اتم مجاورش رخ خواهد داد، اما هرگز تصور نمي کرد که اين مولکول ها بتوانند شکل بگيرند.« گرين در ادامه افزود: »ما در خلال تحقيقات مان در دهه 1970 و 1980 به اين نتيجه رسيديم که امکان به وجود آمدن نوعي »ميدان نيرو« (Forcefield) ميان اتم ريدبرگ و اتم حالت پايه (اتم عادي)، وجود دارد.«
    ورا بندکوفسکي (V.Bendkowsky)، محقق دانشگاه اشتوتگارت آلمان که رهبري تحقيقات اخير منجر به کشف مولکول ريدبرگ را بر عهده داشت، در باره اين کشف مي گويد: »اگرچه غيرقابل تصور بود اما شکل گيري اين مولکول ها به دماهاي بسيار سرد نياز دارد.« به گفته بندکوفسکي »در واقع براي اينكه ميدان هاي الکتروني دو اتم بتوانند همديگر را بيابند و با هم برهمکنش داشته باشند، هسته هاي آنها بايد در فاصله مناسب از هم قرار بگيرند. ما براي رسيدن به اين منظور از يک ابرمافوق سرد روبيديوم استفاده کرديم. وقتي گاز را تا به اين حد سرد کنيد، اتم هاي موجود در آن به هم نزديک تر مي شوند.« در دماهاي بسيار نزديک به صفر مطلق (15/273 درجه سانتيگراد زير صفر) »فاصله بحراني« ميان اتم ها به حدود 100 نانومتر (صد ميليونيم ميليمتر) مي رسد. در چنين شرايطي اگر يکي از اتم ها اتم ريدبرگ باشد، پيوندي ميان اتم ها شکل مي گيرد که منجر به توليد مولکول ريدبرگ خواهد شد. در واقع اين شکاف 100 نانومتري موجود در مولکول ريدبرگ در مقايسه با آنچه در مولکول هاي عادي ديده مي شود، يک دره پهناور به شمار مي رود. پروفسور گرين در اين باره مي گويد: »الکترون ريدبرگ را مي توان به سگ گله اي تشبيه کرد که با چرخيدن هاي سريعش در بيروني ترين محيط دور گله سعي مي کند آنها را باهم و در يک جا نگه دارد و با سقلمه زدن هايش به گوسفندهايي که قصد بيرون رفتن دارند، آنها را به سوي مرکز گله برمي گرداند.« هل دادن اين الکترون در جهت دور شدن از هسته و به سوي محدوده تنهايي اش که باعث به وجود آمده اتم ريدبرگ مي شود، نيازمند انرژي است. دکتر بندکوفسکي در اين باره مي گويد: »ما براي تحريک اتم ها به منظور رسيدن به حالت ريدبرگ از ليزر استفاده کرديم. در واقع اگر گازي با چگالي بحراني داشته باشيد که در آن دو اتم در فاصله اي از هم قرار داشته باشند که بتوانند با هم مولکولي را تشکيل دهند، مي توان با تحريک يکي از اتم ها به حالت ريدبرگ، يک مولکول ريدبرگ به وجود آورد.« البته اين آزمايش که در شرايط مافوق سرد انجام مي شود، سرعت بسيار زيادي نيز دارد: پايدارترين مولکول ريدبرگ تشکيل شده در اين آزمايش، عمري بيشتر از 18 ميکروثانيه (18 هزارم ثانيه) نداشت. اگرچه عمر مولکول ريدبرگ در حد يک چشم بر هم زدن هم نيست اما اين حقيقت که مولکول هاي ريدبرگ مي توانند تشکيل شوند و مورد مشاهده قرار گفتند، منجر به تاييد تئوري هاي اتمي ديرپايي در فيزيک کوانتوم شده است. هلن فيلدينگ (H.Fielding)، شيمي فيزيکدان دانشگاه کالج لندن در اين باره مي گويد: »مراحل منجر به اين کشف، يکي از هيجان انگيزترين مجموعه آزمايش هاست. کشف مولکول ريدبرگ نشان مي دهد که روش به کار رفته در اين آزمايش ها، کاملادرست بوده است. آنچه در حال حاضر از خود اين کشف نيز جذابيت بيشتري دارد اين است که ببينيم با استفاده از اين روش چه تئوري هاي بنيادي ديگري در فيزيک را مي شود مورد آزمايش قرار داد.«
    پيش بيني پروفسور گرين در مورد امکان وجود موکول هاي ريدبرگ در واقع با الهام از کارهاي تحقيقاتي يکي ديگر از فيزيکدانان برنده جايزه نوبل بود. زماني که در سال 1924 فيزيکداني هندي به نام ساتيندرا ناث بوز (S.Nath Bose) برخي از محاسبات نظري اش را براي آلبرت آينشتاين ارسال کرد، اين فيزيکدان بزرگ آلماني يک پيش بيني مهم انجام داد، آينشتاين گفت: اگر گازي تا دماهاي بسيار پايين سرد شود، تمام اتم هاي آن ناگهان تا »پايين ترين حالت انرژي ممکن«شان رمبش مي کنند. به اين ترتيب اين اتم ها تقريبا منجمد مي شوند و رفتارشان يکسان و کاملاقابل پيش بيني خواهد بود. اين وضعيت به نوعي مشابه زماني است که يک گاز به طور ناگهاني متراکم و به قطرات مايع تبديل مي شود. مدت ها پس از اين پيش بيني آنشتاين، دانشمندان توانستند با سرد کردن و به دام انداختن اتم هاي فلزات قليايي به مفهوم متراکم کردن بوز-آينشتاين دست يابند. بر اساس اين يافته ها بود که پروفسور گرين دريافت فيزيک مافوق سرد مي تواند براي تشکيل مولکول هايي مورد استفاده قرار گيرد که در ساير شرايط به سادگي به وجود نمي آيند.
    BBC، April 25، 2009

    نابغه هندي
    ساتيندرا ناث بوز (1974 – 1894) فيزيکداني هندي از ايالت بنگتاي شرقي بود که در فيزيک رياضياتي تخصص داشت. بيشتر او را به خاطر کارهايش در زمينه مکانيک کوانتوم که در دهه 1920 انجام داد، مي شناسند. کارهاي ارزشمند اين فيزيکدان پايه گذار آمار بوزينشتاين و تئوري تراکم بوز-آينشتاين شد. پس از مرگ او فيزيکدانان ذرات بنيادي، »بوزون« (Boson) را به به پاس کارهاي ارزنده او نامگذاري کردند. اگرچه کارهاي تحقيقاتي بعدي در زمينه هاي بوزون، آمار بوز-آينشتاين و تراکم بوز-آينشتاين منجر به اعطاي جايزه نوبل به بسياري از دانشمندان شد، خود بوز هرگز مفتخر به دريافت اين جايزه نشد. بوز علاوه بر تبحر در رياضيات فيزيکي، استعدادهاي ديگري نيز داشت که از آن جمله مي توان به توانايي او در صحبت کردن به چند زبان و نواختن سازي هندي موسوم به »اسراج« که چيزي شبيه به ويلن است نيز اشاره کرد. در کتابي از بوز با عنوان »مرز علمي« يادداشتي از فيزيکداني به نام جايانت نارليکار (J.Narlikar) آمده است که در آن نوشته شده: »کار بوز روي آمار ذره اي در سال 1922 که باعث روشن شدن علت رفتار فوتون ها همچنين باز شدن در جديد به سوي ايده هاي نوين در زمينه آمار ميکروسيستم هاي تابع قوانين تئوري کوانتوم شده است، يکي از 10 دستاورد برتر قرن بيستم به شمار مي رود و بي شک مي توان آن را در رديف کارهاي مستحق دريافت جايزه نوبل طبقه بندي کرد.«

    دستاني كه به بمب هسته اي آلوده اند
    انريکو فرمي (1954 - 1901) فيزيکدان آمريکايي ايتاليايي الاصلي است که بيشتر او را به خاطر زحمات و کارهاي ارزنده اش در مساله »واپاشي بتا« مي شناسند. طراحي نخستين رآکتور هسته اي همچنين گسترش نظريه کوانتومي نيز از ديگر افتخارات فرمي به شمار مي رود. فرمي در سال ۱۹۳۸ به خاطر کارهاي ارزنده اش در زمينه راديواکتيو موفق به دريافت جايزه نوبل فيزيک شد. فرمي بي شک يکي از بزرگ ترين فيزيکدانان هسته اي قرن بيستم به شمار مي رود. فرمي در 17سالگي بود که تحصيل فيزيک را در دانشگاه پيزا در ايتاليا آغاز کرد و در سال 1922 با دريافت درجه دکترا از همان دانشگاه فارغ التحصيل شد. رساله دکتراي فرمي در مورد پراکندگي امواج ايکس يود. فرمي تابستان ۱۹۴۴ به همراه خانواده اش به آزمايشگاه لوس آلاموس در نيومکزيکو رفت و به عنوان مشاور روبرت اوپنهايمر نقش انکارناپذيري در اختراع و ساخت بمب اتمي داشت. او تا روزهاي آخر عمرش در ايلينوي سکونت داشت و کرسي استادي دانشگاه شيکاگو را نيز بر عهده گرفت. بعد از دريافت جايزه نوبل سال ۱۹۳۸ فرمي در سال 1954 موفق به کسب مدال ماکس پلانک نيز شد. به نام فرمي و به پاس تلاش ها ارزنده او در فيزيک، گاز فرمي (گازهاي الکتروني)، فرميون ها (گروهي از ذرات بنيادي)، عنصر فرميوم همچنين آزمايشگاه فرمي(ميزبان تواترون، قوي ترين شتاب دهنده جهان پيش از راه اندازي LHC) نامگذاري شده اند. کميسيون انرژي اتمي آمريکا به يادبود اين دانشمند بزرگ، جايزه انريکو فرمي را به ارزش ۳۷۵۰۰۰ دلار پايه گذاري کرد که هر ساله اعطا مي شود.

□

نوشته شده در یکشنبه 1388/02/06ساعت 22:11 توسط اعضای گروه آموزشی درس شیمی |

نانو فناوري وتأثير آن بر ساير علوم وآموزش

نانو فناوري وتأثير آن بر ساير علوم وآموزش

تهيه و تنظيم :

خانم شمسي حيدر ي

دبيرشيمي ناحيه 2- كرمانشاه

برای دانلود کردن کافیست روی دانلود کلیک کنید و در پایین صفحه ای که باز میشود جلوی کلمهSave file to your PC به روی click here کلیک کنید و در پنجره ای که باز میشود save as را بزنید

دانلود

چند قسمت از مقاله تهیه شده

فهرست

عنوان	صفحه
چكيده	1
مقدمه	2
نانوتكنولوژي چيست ؟	3
پيشينه فناوري نانو	4
اهميت نانو مقياس	4
مباني اتمي ومولكولي نانو فناوري	5
توليد نانوساختار ها وفوايد آنها	11
بررسي سميت نانو ذرات	16
كاربرد نانوتكنولوژي درعلوم مختلف	12
سرمايه گذاري در زمينه نانوتكنولوژي	15
نقش نانوفناوري در آموزش و پرورش	17
نتيجه گير ي	19
منابع	20

چكيده :

ماهيت فناوري در توانايي كردن درسطح مولكولي ، اتم به اتم ، به منظور توليد ساختارهاي بزرگ با تشكيلات مولكولي اساسا نووتازه است .هدف بهره گيري از اين خواص با « دستيابي به كنترل ساختارها و وسايل درسطح هاي اتمي به مولكولي و آموختن چگونگي ساخت واستفاده كار آمد از اين وسايل است » . نانوفناوري توانايي ساخت مواد ميكرو و ما كرو و محصولاتي با دقت اتمي است .

دراين مقاله پيشرفت هاي نانوفناوري اتمي ، مولكولي ، توانايي سازماندهي قاعده مند و تقسير خواص و رفتار ماده در سطح هاي مولكولي ارائه شده است . امكان پذيري ايجاد وسايل ، مواد وسيستم هاي عملياتي با مقياس طولي 1 تا 100 نانومتر ( يك ميليارد يم متر ) از طريق نانوفناوري مورد بحث قرار مي گيرد . اخترعات واكتشافات اخير در جنبه هاي اتمي ومولكولي نانوفناوري ارائه وزمينه هاي پژوهشي مربوط و فعاليت هاي توسعه اي در حال پيشرفت و گسترش نانوفناوري در آينده بدون وقفه ادامه داشته باشد

مقدمه :

نانوتكنولوژي ، فناوري در سطح اتم ها و مولكول هاست و به عبارتي توانمندي توليد مواد ، ابزارها و سيستم هاي جديد با در دست گرفتن كنترل آنها ، در سطح مولكولي واتمي واستفاده از خواص ظاهر شده دراين سطوح است . اين فناوري ساخت ابزارها ي نوين مولكولي منحصربه فرد با به كارگيري خواص شيميايي كاملا شناخته شده اتم ها ومولكولها ونحوه پيوند آن ها به يكديگر را ارئه مي دهد . مهارت مطروحه در اين تكنولوژي دستكاري اتم ها به طور جداگانه وجاي دادن دقيق آن درمكاني است كه براي رسيدن به ساختار دلخواه هاي و ايده هاي آن مورد نياز مي باشد .

نانوفناوري يك رشته جديد علمي نيست بلكه رويكرد جديد در تمام رشته هاست وبرا ي آن مي توان كاربرد هايي در حوزه هاي مختلف از جمله پزشكي ،بيوتكنولوژي ، الكترونيك و كامپيوتر ، ارتباطات ، حمل ونقل ، انرژي محيط زيست ، امنيت ملي ، كشاروزي وحتي علوم انساني را برشمرد كه نشانگر فرا رشته اي وفرا بخشي بودن اين رشته مي باشد .

طبيعت براي ميليون ها سال صاحب نانوتكنولوژي بوده است و دانشمنداني مانند Smalley عقيده دارند كه مي توان مطالب بسياري را با نگاه كردن به سلول ها آموخت . او مي گويد كه تمام آنزيمها در سلولهاي ما نانو ماشين ها يي هستند كه وظايف منحصر به فردي را جهت تكامل ورشد انجام مي دهند .

به عبارتي نانوتكنولوژي با كنترل مواد در مقياس مولكولي ، گشايش اسرار طبيعت درتمام عرصه ها از مهندسي تا پزشكي را نويد مي دهد . دانشمندان پيشرو دراين علم سال گذشته در بنياد ملي علوم آمريكا گفتند كه نانو تكنولوژي يك اثر اساسي روي سلامتي ، وضعيت اقتصادي وامنيت مردم جهان خواهد گذاشت و اهميت آن حداقل به اهميت كشف آنتي بيوتيك ها ، IC ها وپليمرها ي ساخت دست بشر در قرن بيستم خواهد بود . نسل آينده اين تكنولوژي به نحوه ي كار آو موثر چينش اتم ها وابسته مي باشد . ساختار مولكولها و نحوه ي چينش آنها ، كليدي براي گشايش رموز آينده وچگونگي كنترل آن ها مي باشد

نوشته شده در چهارشنبه 1387/10/25ساعت 18:12 توسط اعضای گروه آموزشی درس شیمی |

جایزه نوبل شیمی در سال 2008