غاز الهيليوم

ما هو غاز الهيليوم؟

الهيليوم هو إحدى العناصر الكيميائية الموجودة في الطبيعة، والذي يقع في الدورة الأولى على رأس المجموعة الثامنة في الجدول الدوري للعناصر، ويرمز له بالرمز " He "، وهو إحدى العناصر النبيلة الخاملة عدده الذري 2 ، ويمتاز بخفة وزنه، وناقليته الحرارية المرتفعة، يتألّف الهيليوم من نواة فيها بروتونين ونيوترونين اثنين، يحيط بهما إلكترونين اثنين في مداراتها الذريّة. إنّ غاز الهيليوم عديم اللون والرائحة والمذاق، غير قابل للاشتعال، يخلو من السمية، وهو العنصر الوحيد الذي يمتلك سرعة إفلات وتسرب عالية، أما نشاطه الكيميائي فهو قليل جداً؛ بسبب وجود إلكترونين في أفلاكه الخارجية؛ أي ممتلئ المدارات الإلكترونية، مما يجعله مستقراً، لذلك يكون على شكل أحادي الذرة، وهو قليل الذوبان في الماء، وكثافته وغليانه منخفضان أيضاً. أما إكتشاف عنصر الهيليوم لأول مرة ؛ فيعود لعام 1868 م عند حدوث كسوف كلي للشمس في الهند، فإكتشف وجوده في الشمس قبل الأرض. إنّ عنصر الهيليوم متوفر في الكون، وكذلك يدخل في تركيب الغلاف الغازي للعديد من الكواكب، أما على سطح الأرض فهو نادر الوجود، حيث يتركز في الغلاف الجوي بنسبة 5.2 جزء في المليون ، خاصة في طبقات الجو العليا منه ، ويعود سبب ضآلته رغم الإنّتاج المستمر له إلى سرعة انفلاته إلى الفضاء الخارجي. كما ينتج سنوياً من الهيليوم عبر الغلاف الصخري الأرض 3000 طن متري حيث يوجد بكميات كبيرة في تركيب معادن اليورانيوم والثوريوم بسبب إضمحلالها الإشعاعي، وإطلاقها لجسيمات ألفا، والتي تتجمّع إلكتروناتها لتشكّل الهيليوم عندما تصطدم بالغلاف الصخري. يوجد عدة نظائر للهيليوم، نظيران منها مستقران وهما: هيليوم 3 الذي يحتوي على نيوترون واحد في نواته ، وهيليوم 4 الذي يحتوي على نيوترونين إثنين فيها ، والذي يعد النظير الطبيعي الأكثر وفرة . تعدّ أمريكا المزود الأكبر للهيليوم؛ بسبب إكتشافها لوجوده مع الغاز الطبيعي في الأرض عام 1903 م أثناء التنقيب عن النفط في ولاية " كانساس" الأمريكية، حيث إنّ المصدر الطبيعي الأكبر للهيليوم هو وجوده في آبار الغاز الطبيعي، نتيجة إحتباسه تحت الطبقات الصخريّة للأرض، إذ يستخرج من هناك بواسطة التقطير التجزيئي إلا أن مصادره قابلة للنفاد، وتوجد كمّيّات قليلة من الهيليوم في الينابيع المعدنيّة، والغازات البركانيّة والأحجار النيزكيّة، والقشرة الأرضية، وكذلك في مياه البحار، لكن على الرغم من ندرة وجود الهيليوم على الأرض؛ فإنّه يتركز تحت السهول الكبرى بكميّات كبيرة، كناتج ثانوي في عملية استخراج الغاز الطبيعي . إنّ خواص الهيليوم المميزة تتيح استخدامه في العديد من المجالات؛ فهو يستخدم في تبريد الأجهزة المغناطيسية، وفي صنع رقائق السليكون والجرمانيوم، والجدير بالذكر إستخدامه في كشف التسريب في الأجهزة التي تستخدم تفريغ مرتفع؛ بسبب إنتشاره في المواد الصلبة أسرع من إنتشاره في الهواء، وكذلك يستخدم الهيليوم في ملء السفن الهوائية والمناطيد لتتمكّن من الطيران؛ بسبب خفته وقلة كثافته، وعدم قابليته للاشتعال، بخلاف الهيدروجين الذي يتميز بقابليته للإشتعاله، حيث تم إستخدامه في الحرب العالميّة الأولى في تعبئة المناطيد، وفي تجهيز المناطيد العسكريّة، وتم استخدامه أيضاً في الحرب العالميّة الثانيّة في عمليّات اللحام القوسي من أجل التجهيزات العسكريّة، وفي كشف التسريبات في عملية الإنتشار الغازي أثناء تخصيب اليورانيوم؛ لتصنيع القنبلة الذريّة . هذا ويجب الحذر أثناء استخدام الهيليوم السائل؛ لإنخفاض درجة حرارته وكذلك الغازي؛ لأنّ إستنشاق الهيليوم بكثرة قد يكون خطراً، حيث يؤدّي إلى الإختناق؛ لأنّه يحلّ محلّ الأكسجين اللازم لعمليّة التنفّس .

استخدامات غاز الهيليوم :

حفظ الضغط في الصاروخ أثناء الطيران. يستخدم كمادّةٍ مانعةٍ للصدأ، فعند تفاعل الفلزات مع الأكسجين ينتج الصدأ. في البالونات الطائرة، فهو خفيف الوزن ، وأكثر استخداما من الهيدروجين مع أنّ الهيدروجين أخف وزناً، وذلك لأنّ الهيدروجين عنصرٌ قابلٌ للاشتعال بعكس الهيليوم. يستخدم للمصابين بالربو، وذلك بخلط الأكسجين به، فيسهّل من عملية التنفس؛ لأنّ جزيئات الهيليوم أصغر وأخف من النيتروجين. وكما كلّ المواد المستخدمة في حياتنا فإنّ لكلّ شيء استخداماتٍ وأضراراً أيضاً، الهيليوم في الظروف الطبيعية هو عبارة عن غازٍ غير سام، ولكن تأثّره يكمن عند استنشاقه في أنّ الصوت يبدو وكأنه مسرعاً، وذلك لأنّ كتلة الهيليوم أقل بثلاث مرات من الهواء، وهذا يزيد من تردّدات الحبال الصوتية لدى الإنسان.

أضرار غاز الهيليوم:

 أمّا عن الأضرار والمخاطر التي تتعلّق بهذا الغاز تتلخّص في بعض الأمور وأهمها: المبالغة في استنشاق هذا الغاز لتحقيق أثره على الحبال الصوتيّة يؤدي إلى الاختناق، لأنه يحل محل الأكسجين. يؤدّي استنشاق هذا الغاز من الأسطوانات مباشرة إلى تمزق الرئة، وذلك لسرعة تدفّق الهيليوم فيها. الهيليوم بالعادة يكون ذا درجة حرارة باردة جداً، وهذا يؤدّي إلى لسعة برد. قد يؤدّي استخدامه بالطرق غير السليمة، ودون استخدام الأمور الاحترازية وأخذ الحذر والحيطة، إلى الانفجارات، وذلك لأنّ هذا الغاز يؤدّي تبريده إلى تمدده، وعند تبريده بصورةٍ سريعة يؤدّي تمدده إلى زيادة الضغط على الأجسام الحافظة له، ولهذا يجب وضع صماماتٍ خاصةٍ للمحافظة على الضغط وتجنباً للانفجارات.

• برأيك /

• هل هناك ضرر في استخدام غاز الهيليوم ؟

ما هي الغازات الموجودة في الهواء ؟

الغازات الموجودة في الهواء

الهواء و الغلاف الجوي و هما مسميان لنفس المادة إن صح التعبير, حيث أن الغلاف الجوي يتكون من مجموعة غازات تشكل ما يسمى الهواء, و يهتم الكثير بأنواع الغازات المتواجدة في الهواء و نسبها لكونها لها تأثير كبير على البيئة, حيث ان زيادة نسب بعض الغازات يؤدي إلى ما يدعى الاحتباس الحراري, و هو أن يقوم الغلاف الجوي أو الهواء بإدخال الأشعة تحت الحمراء و التي ترفع درجة حرارة الأرض و لا يسمح بخروج هذه الأشعة أو إنعكاسها مما يؤدي إلى تغيرات كبيرة في مناخ الأرض.

الغازات التي تكون الهواء

النوع الأول

في الواقع يوجد عدد كبير من الغازات التي تتواجد في الهواء و لكن إن القسم الأكبر من هذه الغازات يشكل نسبة بسيطة من الهواء, بينما يوجد في الهواء ثلاث أنواع غازات رئيسية و هي النيتروجين و هو العنصر الأساسي من تكوين الهواء, حيث أن نسبته في الغلاف الجوي تصل 78%.

النوع الثاني

و يأتي ثانيا الأكسجين حيث أن يشكل 21% من الغلاف الجوي, يتمكن أهمية الأكسجين في الهواء بحاجة جميع الكائنات الحية له من أجل التنفس و إنتاج الطاقة اللازمة للقيام بالعمليات الحيوية المختلفة, و تشمل الكائنات الحية الحيوانات و النباتات و الحشرات و الطيور و بعض انواع الجراثيم و البكتيريا و الفطريات و الطفيليات, و الجدر بالذر بأن هناك بعض الميكروبات اللاهوائية و التي لا تعتمد على الأكسجين من أجل البقاء.

النوع الثالث

أما النوع الرئيسي الثالث فهو غاز الأرغون و يشكل أقل نسبة بين الغازات الرئيسية, حيث أن نسبته لا تزيد عن 0,9% من الغلاف الجوي, و الجدير بالذكر بأن هذه الغازات لا تتغير نسبها خلال يوم واحد بل تحتاج لعصور من أجل أن تتغير.

الغازات الأخرى

إن ما تبقى من غازات داخل الغلاف الجوي مثل الميثان و أكسيد الكربون و أكاسيد النيتروجين و الأوزون و غيرها من الغازات التي تنبعث من مختلف المصادر فإنها تشكل فقط 0,1% من الغلاف الجوي, و تتعرض هذه الغازات لتغيرات بنسبها بشكل مستمر وفقا لإنباعثاتها و قد تتركز هذه الغازات في مناطق أكثر من الأخرى.

• برأيك /

• هل هناك تأثير في الهواء إذا نقص غاز من الغازات الموجودة في الهواء أم لا ؟

المغناطيس

مقدمة :-

اكتشف الإنسان قديمًا نوعًا مميزًا من الحجارة السوداء تختلف عن أنواع الحجارة الأخرى المعروفة ، إذ كان بإمكان هذه الحجارة أن تجذب إليها قطع الحديد الصغيرة .

وكان العرب هم الذين أدخلوا البوصلة إلى أوربا في العصور الوسطى عن طريق إسبانيا ( الأندلس) وبذلك تمكن الأوربيون من تحقيق اكتشافاتهم الجغرافية والتجارية الكبرى خلال القرنين الخامس عشر والسادس عشر.
ويستخدم المسلمون البوصلة هذه الأيام في تحديد اتجاه الكعبة المشرفة .

وتصنع بعض الأدوات مثل مفك البراغي ممغنطًا ، فإذا سقط برغي صغير في مكان ضيق داخل جهاز كمبيوتر مثلاً ، لا تصله اليد بسهولة ، يكون في مقدرة الفني التقاطه بسهولة باستخدام مفك البراغي الممغنط.

ولعل أكثر ما يثير الاستغراب والدهشة حول موضوع المغناطيسية هو أننا نعيش على سطح مغناطيس عملاق ، فللأرض قطبان مغناطيسيان تمامًا كالمغناطيس العادي أحدهما شمالي يقع في الجنوب الجغرافي للأرض وآخر جنوبي ويقع في الشمال الجغرافي للأرض. 

كيف تم اكتشف المغناطيس :-

اكتشاف المغناطيس يعود الفضل في اكتشاف المغناطيس من قبل راعي كبير في السن يسمى بماغنس، وكان ذلك عندما كان يرعى بغتمة في منطقة ما في شمال اليونان وذلك قبل 4000 سنة وكان يعرف باسم أكسيد المغنيسيوم، وفجأة علقت بعض المسامير في خذائه، وكانت تتمسك بشدة بين حذائه والصخور السوداء التي كان يقف عليها، فقرر حفر الأرض للعثور على مصدر الجذب، فوجد أكسيد الحديد الأسود وهي مادة المغناطيس الطبيعي Fe3O4، وسُميت هذه الصخور فيما بعد باسم المغنتيت، ووجدت بعض الكتابات التي تعود إلى القرن الأول لكريتيوس وبليني الأكبر بأنّه يوجد بالقرب من نهر السند حجر كامل يجذب الحديد إليه، وأشار إلى القوى السحريّة لهذه الأحجار، وبعد اكتشاف هذا الحجر تم البدء بسرد الخرافات الكثيرة كالقوى السحريّة، وقدرته الكبيرة على شفاء المرضى، والتخلص من الأرواح الشريرة، وجلب السفن المصنوعة من الحديد، والبعض اعتقد أنّه السبب في ضياع السفن عندما ترسو على البحر، وقد زعم أرخميدس بأنه يمكن نزع المسامير المثبتة في سفن العدو بواسطة هذا الحجر، وهذا يساعد على غرقهم، وتم استخدام اسم بديل لأكسيد الحديد الأسود كحجر المغناطيس أو حجر الرائدة. قام الصينيون قبل نحو 4500 عام بتطوير بوصلة الملاح، وكانت الجوالة جيلبرت بيتر هو أول من حوال فصل الخرفات عن الحقيقة في عام 1269، حيث كتب كل ما كان معروف عن المنغنيت، وقد كتب واحداً من التقارير العلميّة التي لها تأثير كبير على هذا العالم، وقد ساهم في فهم المغناطيسيّة عام 1600، وقد أدرك في البداية بأن الأرض مغناطيس عملاق، وذلك بسبب وجود نسبة الحديد الكبيرة فيه، واكتشف أنّ التسخين يساعد على فقدان المغناطيسيّة، وخلال 1820 أثبت الدنماركيّ هانز كريستيان أورستد أنّ المغناطيسية والمتعلقة بالكهرباء من خلال جلب سلك يحمل وثيقة التيار الكهربائي إلى البوصلة المغناطيسية، والتي تسببت انحراف إبرة البوصلة، وكان الأستكتلندي جيمس كلارك ماكسويل الذي أسس الشك في العلاقات المتداخلة بين الكهرباء والمغناطيسية، وأصدر سلسلة من المعادلات البسيطة التي هي أساس نظرية الكهرومغناطيسية اليوم، وقد وضع ماكسويل أفكاره في عام 1862، وبعدّ أكثر من ثلاثين عاماً وتحديداً في عام 1897 اكتشف طومسون الإلكترون، والجسيمات التي تعتبر أساسية جداً لفهم الحالي كل من الكهرباء والمغناطيسية.

المغناطيس وتطبيقاته في الحياة اليومية:-

لقد جذب المغناطيس الكثير من العلماء كي يتعرفوا على خصائصه وأهمية تواجده في الكون،وقد اهتم به علماء المسلمين وبينوا كثيرا من خواصه وأهمها جذبه لقطعة من الحديد إذا قربت منه، وخصص البيروني في كتابه" الجماهر في معرفة الجواهر" فصلا ًعن المغناطيس، وأشار إلى الصفة المشتركة بين المغناطيس، والعنبر (الكهرباء) وهي جذبهما للأشياء، الرواسب للشمس. وشبه العلماء المسلمون الحديد وحجر المغناطيس بالعاشق والمعشوق، فالحديد ينجذب إلى المغناطيس كانجذاب العاشق إلى المعشوق.
واستخدم المغناطيس في الطب القديم لإزالة البلغم ومنع التشنج، وأشار الأطباء المسلمون إلى أنه إذا أمسك المريض حجر المغناطيس زالت التقلصات العضلية
من أطرافه، وكانوا يستخدمون حجر المغناطيس في تخليص الجسم من قطع الحديد التي تدخل فيه بطريق الخطأ وذلك بإمرار المغناطيس فوق جسم المصاب، وذكروا أن حجر المغناطيس يسكن أوجاع المفاصل والنقرس إذا وضع - بعد دعكه بالخل - فوق مواضع الألم.كان العرب القدامى يعالجون الجهاز البولي للنساء بالمغناطيس.وفي أنكلترا قام "وليم جلبرت"، طبيب الملكة إليزابث بحوثاً  حول المغناطيس أستمرت مايقارب سبعة عشر عاماً البحث والتجربةالتي اعتمد في تمويلها على ثروته الموروثة، كما عاونته الملكة نشر النتائج التي توصل إليها في أول مؤلف إنجليزي كبير للعلوم: "في المغناطيس... والمغناطيس الأعظم وهو الأرض" . لقد وضع إبرة بوصلة محورية، على التعاقب: في نقطة مختلفة، على حجر مغناطيس كروي. وسجل بخطوط على الكرة الاتجاهات التي اتجهت إليها الإبرة على التوالي، ومد كل خط ليشكل دائرة كبيرة حول الحجر، ووجد أن كل هذه الدوائر قطعت الكرة في نقطتين متقابلتين تماماً، وكان هذان هما القطبان المغناطيسيان اللذان اعتبرهما جلبرت خطأ، في حالة الأرض، القطبين الجغرافيين. ووصف الأرض بأنها مغناطيس ضخم، وفسر، بناء على ذلك الإبرة المغناطيسية، وأظهر أن أي قضيب حديدي يترك لمدة طويلة في وضع شمالي جنوبي لا بد أن يصبح ممغنطاً. والمغناطيس الذي يوضع على أي من قطبي حجر المغناطيس الكروي، يأخذ وضعاً عمودياً على الكرة. وإذا وضع في أية نقطة متوسطة بين القطبين (وهي النقط التي تكون خط الاستواء المغناطيسي) يأخذ وضعاً أفقياً. وانتهى جلبرت إلى أن انحراف الإبرة يكون أعظم، كلما وضعت أقرب إلى القطبين الجغرافيين للأرض. وعلى الرغم من أن هذا لم يكن صحيحاً تماماً، فقد أكده تقريباً هنري هدسن في ارتياده المنطقة المتجمدة الشمالية . ومن ملاحظات  ه الخاصة، رسم اتجاهات لحساب خط العرض من درجة الانحراف المغناطيسي. وذهب إلى أنه "من حول جسم مغناطيسي تنتشر القوة المغناطيسية ف  ي كل ناحية". ونسب دوران الأرض إلى تأثير هذا المجال المغناطيسي...
ترسل الأرض الطاقة المغناطيسية إلى كل الكائنات الحية الإنسان والحيوان النبات. وللأرض كمغناطيس طبيعي قطبان شمالي وجنوبي. ويقع القطب الشمالي في أقصى الشمال من أمريكا الشمالية، أما ال  قطب الجنوبي فيقع إلى الجنوبي من فكتوريا في قارة استرالياً. ولا تبقى مواقع القطبين ثابتة بل تجرى عليها تغيرات بطيئة. وهناك عدة نظريات حول منشأ مغناطيسية الأرض ليس هنا مجال ذكرها، وإثما الذي يهمنا هو أن الأرض مغناطيس طبيعي ضخم.
والجسم الإنساني مغناطيس آخر، وله جهات مغنا  طيسية، فيعتبر الرأس والجزء العلوي من الجسم قطبه الشمالي، أما القدمان والجزء السفلي من الجسم فهو قطبه الجنوبي. هذا عمودياً، أما أفقياً فالجهة اليمنى قي القطب الشمالي والجهة اليسرى هي القطب الجنوبي. كذلك تعتبر الجهة الأمامية قطباً شمالياً والجهة الخلفية قطباً جنوبياً.بتوافق مع قوانين القوى فإن أي حركة أو عمل يتم في الاتجاه الصحيح يؤدي إلى النتائج الحسنة أو إلى اضطرابات واختلالات أقل شدة منه إذا تم في الاتجاه المعاكس. فإذا ما نام الإنسان ورأسه إلى قطب الأرض الشمالي وقدماه إلى قطبها الجنوبي فإنه يتجنب الأرق وعدم الراحة لأنه يحقق التوازن الطبيعي كما تحققه قطعة المعدن المعلقة في الهواء حيث تتجه إلى الاتجاه المغناطيسي الطبيعي. وسبب الراحة هو أن التيارات المغناطيسية بين القطبين الأرضيين تؤثر على الجسم عندما يكون في اتجاهها تأثيراً إيجابياً  .
وقد كان بعض الأقدمين يضعون من يحتضر على الأرض وبالاتجاه المغناطيسي الأفضل، أي يكون رأسه إلى القطب الشمالي الأرضي، وذلك لتخفيف النزع معتقدين أن الروح تغادر الجسد بألم وشدة أقل. ولقد أثبتت التجارب التى أجريت في اليابان في الخمسينيات من القرن الماضي بأن وجود الانسان لفترات طويلة بمعزل عن التأثير المباشر للقوى المغناطيسية الطبيعية يؤدي الى حدوث خلل في الاتزان البيولوجي للجسم البشري، و المتمثل في فقدان الحيوية و النشاط ، و آلام و أوجاع متفرقة في انحاء الجسم، بالاضافة الى صداع متقطع ، و احساس بالدوخة ، وهذه الأعراض تجعلنا عرضه ، و فريسة سهلة للعديد من الأمراض ، و التى يمكن لبعضها أن يكون فتاكا.
وقدلقد اثبتت الكثير من الأبحاث و التجارب التى أجريت في عدة مراكز علمية متخصصة ف  ي مختلف دول العالم ، بأن أحد الأسباب الرئيسة المسببة للعديد من المشاكل التى تعاني منها البشرية الآن مرتبط ارتباطا وثيقا بالتغيرات التى تحدث على مستوى المجالات المغناطيسية لكوكب الأرض.

  

 للمجال المغناطيسي :-

1- توليد التيار الكهربائي ويعتبر هذا الاستخدام أهم استخدام للمغناطيس في عصرنا الحالي لكونه ينتج مصدر للطاقة الأهم للعالم وطريقة توليد المغناطيس للكهرباء اكتشفت على اليد العالم فاراداي حيث قام بتدوير مغناطيس ذو قطبين حول ملف فيقوم المغناطيس بتوليد مجال مغناطيسي فيتحول إلى تيار كهربائي يسير في السلك وهذه العملية هي عكس عملية إنتاج الطاقة الحركية من خلال تمرير تيار كهربائي حول مغناطيس لتوليد مجال مغناطيسي معاكس للمغناطيس ليقوم بتدويره
2- القطارات المغناطيسية ويعتبر هذا الاستخدام من عجائب الفيزياء التي كان يحلم بها الكثير من المخترعين والفيزيائيين وهو جعل جسم ضخم كالقطار يطفو فوق الهواء ولكن المغناطيس ليس العامل الوحيد في هذه العملية بل تستخدم مواد فائقة التوصيل للتيار الكهربائي لا تكون أي مقاومة للتيار الكهربائي ولكي تكون مقاومة هذه المواد للتيار الكهربائي صفر لابد من تخفيض درجة حرارتها إلى نسب منخفضة جدا ومع جميع المحاولات من المخترعين في عصرنا الحاضر إلا أن أكبر درجة حرارة يسهل توفيرها تقوم بها المواد الفائقة التوصيل بوظيفتها هي 70 كلفن تقريبا ولكي نصل إلى هذه الدرجة لابد من غمر المواد الفائقة التوصيل بالنيتروجين السائل والذي يعد متوفر بشكل كبير ذو تكلفة معقولة نسبيا حسب تكلفة غيره من المواد مثل الهيليوم السائل والذي يعتبر مكلف جدا وعندما تنخفض درجة حرارة تلك المواد تقوم بعكس المجال المغناطيسي القادم من قطب المغناطيس إلى قطبة الآخر بحيث يكون المغناطيس معلقاً وطافيا في الهواء بنفس الوقت ومن ثم يطفو القطار في الهواء ويتحرك بسرعة عالية جدا لعدم وجود احتكاك بين القطار والسكة

3-استخدامات طبية ويستخدم المغناطيس بكثرة في هذا المجال ومن أهم استعمالاته في هذا المجال هو جهاز الرنين المغناطيسي والذي يعد ثورة في مجال الطب ويعد من أهم الابتكارات المساعدة لعلم الطب في كشف الأورام والأمراض وغيرها من الأجسام المضرة في البدن.

4- في أجهزة التسجيل المنزلية، مثل الحاسوب وأجهزة الأقراص المرنة والأقراص الصلبة والكاسيت ومكبرات الصوت الكهربائية .

أنواع المغناطيسية :-

تصنع المغناطيسات من الحديد والكوبلت والنيكل أو من بعض سبائك تلك المواد وتسمى موادَّ ذات مغناطيسية حديدية ومن خصائصها الانجذاب بشدة إلى مغناطيسي ذاتي. أما المواد الأخرى فهي تبين ظاهرة المغناطيسية  بطرق مختلفة ومغناطيسيتها ضعيفة بصفة عامة.

تنقسم صفة المغناطيسية (وهي تعتمد على التوزيع الإلكتروني في الذرات)إلى الأصناف الآتية:

1.مغناطيسية حديدية

2.فريمغناطيسية

3.مغناطيسية مسايرة

4.مغناطيسية معاكسة

5.مغناطيسية حديدية مضادة

مقطع فيديو عن المغناطيس :

• برأيك /

• هل هناك علاقة بين الأرض والمغناطيس ؟

التحليل الطيفي

جهاز التحليل الطيفي في مجال الأشعه المرئية وفوق البنفسجية :

مقدمة : يسلك الضوء المرئي سلوك الضوء فوق البنفسجي في كثير من مظاهره حيث أن كلاهما ينتج عن إمتصاصة إثارة إلكترونية في الجزيئات . كما أن أغلب الأجهزة التي تستخدم في طرق التحليل الطيفي في مجال الأشعة المرئية هي نفسها التي تستخدم في طرق التحليل الطيفي في مجال الأشعة فوق البنفسجية . لذا فقد جرت العادة على دراستهما معاً . ويغطي هذان الطيفان المجال من 200 إلى 800 نانو ميتر ( ميلي ميكرون ) .

مطيافية فوق البنفسجية والمرئية UV and Visible Spectroscopy :المطيافية الإلكترونية هي أحد أنواع الدراسات الطيفية والتي تعتمد على إمتصاص الأشعة فوق البنفسجية أو المرئية ، ولقد سميت بهذا الإسم لأن إمتصاص الأشعة في هاتين المنطقتين يؤدي إلى إثارة الإلكترونات في الجزيء الذي يمتص تلك الأشعة .

الإثارة الإلكترونية :

كما هو معروف تتكون الجزيئات من ذرات كل منها يتألف من نواة ومن إلكترونات تدور حولها في مستويات طاقة محددة . فإذا إمتصت الجزيئات طاقة معينة إنتقلت الإلكترونات من مستوى الطاقة الأدنى ( ground state ) إلى مستوى طاقة أعلى ( excited state ) . وهذا مايدعى بالإثارة الإلكترونية . ولكي يسبب شعاع ضوئي إثارة إلكترونية ينبغي أن يكون هذا الشعاع في مجال الأشعة المرئية أو فوق البنفسجية . وتردد الشعاع الممتص يرتبط بالطاقة بالعلاقة : E =hυ هذا ويوجد في الجزيئات العضوية ثلاث أنواع من الإلكترونات الأولى إلكترونات مشتركة في رابطة مشبعة كالرابطة بين الهيدروجين والكربون ، والكربون والكربون في المركبات المشبعة وتسمى هذه الرابطة برابطة σ وكمية الطاقة اللازمة لإثارة الإلكترونات الرابطة σ أكبر بكثير من طاقة الأشعة فوق البنفسجية لذا فإن المركبات المشبعة لاتمتص في هذا المجال لذا تستعمل عادة كمذيبات جيدة . والنوع الثاني من الإلكترونات تلك التي تشترك في رابطة غير مشبعة . وهذه المركبات تحتوي عادة على رابطة σ ورابطة π وكمثال على المركبات التي تحتوي على ثلاث روابط متناوبة ( conjugated ) البنزين وهيكساتترايين المتناوب .

والنوع الثالث من الإلكترونات هي التي لاتشترك بروابط بين الذرات وهذه تدعى بإلكترونات n الحرة . والمركبات العضوية المشبعة لاتحوي إلكترونات n لأن كل الإلكترونات في المستويات الخارجية للكربون والهيدروجين تشترك في الروابط الكيميائية . أما المركبات العضوية التي تحوي النيتروجين والأكسجين والكبريت والهالوجينات فإنها تحتوي على إلكترونات n ويمكنها أن تمتص الأشعة المرئية أو فوق البنفسجية لأن هذه الأشعة يمكنها إثارة الإلكترونات n .
والخلاصة أن الأشعة فوق البنفسجية أو المرئية يمكن أن يمتصها مركب يحتوي على ذرة نيتروجين أو أكسجين أو هالوجين أو كبريت أو يحوي على رابطة غير مشبعة وتسمى المجموعة التي تحوي ذلك بالمجموعة الماصة أو الكروموفور ( chromophore ) .

الأطياف الإلكترونية Electronic Spectra :

الطيف الإلكتروني لمركب ما عبارة عن منحنى يوضح تغير شدة الإمتصاص ( الإمتصاصية ) مع تغير طول موجة الأشعة المارة في محلول المركب تحت الدراسة . ويهمنا من هذا المنحنى معرفة طول الموجة التي تكون عندها شدة الإمتصاص أكبر مايمكن ويرمز لها بالرمز max λ وكذلك معامل الإمتصاص المولي ε عند هذه الموجة . وترتبط شدة الإمتصاص (A ) بتركيز المحلول ( C ) وطول الخلية ( L ) بالمعادلة التالية :
A =ε cl
وتعرف هذه المعادلة أحياناً بإسم قانون لامبرت- بير ومنها يتضح أن شدة الإمتصاص للمركب ( أو إمتصاصية المركب ) تتناسب تناسباً طردياً مع كل من التركيز المولي (C ) وطول الخلية ( L ) ، وأن معامل الإمتصاص المولي لمركب ما يساوي شدة الإمتصاص لمحلول المركب الذي تركيزه 1 مول / لتر وموضوع في خلية طولها 1 سم .
ويعتبر كلاً من max λ و ε من الثوابت الفيزيائية التي تميز المركبات العضوية عن بعضها . ولا تصلح هذه العلاقة في حالة التركيزات المرتفعة جداً . لذا ينصح في التطبيق العملي إستعمال المنحنى العياري ( Calibration curve ) للإمتصاص بدلالة التركيز عند قمة الإمتصاص الضوئي للمركب . كما يمكن تقدير الكثير من المواد التي لا تمتص الضوء مباشرة وذلك بإضافة مركبات معينة لتكون متراكبات ماصة للضوء أو تكون مجموعة إمتصاص ( Chromophore ) مكونات جهاز UV- Visible الأساسية :

1- المصدر الضوئي 2- خلية العينة 3- موحد طول الموجة 4- الكشاف 5-الشاشة (Monitor) :
المصادر الضوئيه :وهنا يوجد نوعين من المصادر الضوئية الأول عبارة عن لمبة تنجستن (- lamp Tungsten ) بالنسبة لقياس الأشعة المرئية ( Visible ) في المدى ( 350 – 800 ) .
والمصدر الضوئي هو عبارة عن لمبة ديوتيريوم(- lamp D2 ) وهي لمبة لايفض مشاهدتها بالعين المجردة لأنها يمكن أن تسبب العمى المؤقت نظراً لقوة إشعاعها . هذا بالنسبة لقياس الأشعة فوق البنفسجية في المدى ( 200- 350 ) .
خلية العينة Sample Cell : 

وهي إما أن تكون مصنوعة من الزجاج أو تكون مصنوعة من الكوارتز والكوارتز أفضل لأن الخلية المصنوعة من الزجاج من ضمن مكونات صنعها الصوديوم الذي يمتص في مجال UV لذلك يفضل إستخدام خلايا مصنوعة من الكوارتز وهذه الخلايا لايكون من ضمن مكونات صنعها الصوديوم وتتراوح أسعار خلايا الكوارتز مابين 300 – 1000 ريال حسب جودة الخلية ومدى سمكها .

موحد طول الموجة( Monochromator ) :وهو عبارة عن المنشور الزجاجي وهذا المنشور كان يستخدم في الأجهزة القديمة أما حالياً في الأجهزة الحديثة للتحليل الطيفي أصبح هنالك ما يسمى بالمحزوز ووظيفتة أنه يقوم بفحص العينة لتحديد الطول الموجي الذي حدث عنده أعلى إمتصاصة فعندما يسلط الضوء سواءً ضوء من لمبة تنجستن لقياس الأشعة المرئية أو من لمبة ديوتيريوم لقياس الأشعة فوق البنفسجية تتجة للموحد طول الموجة حزم كثير من الضوء يقوم Monochromator بعملية إستقبال الحزمة التي تكون زاوية سقوطها مناسبة على موحد طول الموجة ومن ثم يقوم موحد طول الموجة بعملية إنعكاس للأشعة الساقطه عليه موجهاً إياها إلى فلتر يقوم هذا الفلتر بإختيار الحزمة المناسبة بشكل دقيق جداً ومن ثم يستمر انتقال الحزمة إلى مرأة عاكسة تقوم بإرسال الحزمة الضوئية الساقطة إلى خلية العينة ومن ثم إلى الكشاف .

المذيبات المستخدمة لتسجيل الأطياف الإلكترونية :

لتسجيل الطيف الإلكتروني لمركب ما يجب إستخدام محلول المركب تحت الدراسة في مذيب مناسب . والمذيبات المستخدمة لهذا الغرض يجب أن تتميز بإمتصاصية ضعيفة جداً أو لا تمتص على الإطلاق الأشعة في المنطقة التي يمتص فيها المركب . ومن أمثلة هذه المركبات الإيثانول ،الإيثرات،السايكلوهكسان ،والكلوروفورم .
الكشاف( Detector ) :

وهو الكشاف الذي يبين كمية الضوء الخارج من خلية العينة ويقوم بتوضيح ماإذا كانت كمية الضوء الخارج من خلية العينة مساوي لكمية الضوء الداخل للعينة فإذا حدث ذلك وكانت كمية الضوء الداخل للعينة مساوي لكمية الضوء الخارج من العينة أنه لم يحدث إمتصاص وبالتالي لانحصل إلا على خط مستقيم ليس به أي إمتصاص . |أما أذا حدث العكس وكان الضوء الخارج من خلية العينة أقل من الضوء الداخل للعينة نستدل من ذلك حدوث إمتصاص .

أنواع أجهزة التحليل الطيفي للأشعة المرئية وفوق البنفسجية :توجد هنالك العديد من هذه الأجهزة الحديثة إلا أن فكرة عملها واحدة في كل المنتجات وتنقسم هذه الأجهزة إلى ثلاثة أقسام من حيث أستخدامها :
1- أجهزة تقيس طيف الأشعة المرئية فقط أو تقيس طيف الأشعة فوق البنفسجية فقط :
وهي أجهزة وحيدة الشعاع . وهي نوعين النوع الأول يستخدم أنابيب ( Test tube ) في عملية التحليل والنوع الأخر يستخدم خلايا (Cell) من الكوارتز أو الزجاج في عملية التحليل . وفكرة هذا الجهاز أنه لإجراء عملية التحليل لا بد في البداية من القيام بتصفير الجهاز ويتم ذلك بإستخدام البلانك أوالمذيب وبعد تصفير الجهاز ترفع أنبوبة البلانك أو خلية البلانك ويوضع في مكانها أنبوبة أوخلية العينة المراد إجراء القياس لها .
في الأجهزة التي تقيس فقط الأشعة المرئية المصدرالضوئي فيها عبارة عن لمبة تنجستن . بينما المصدر الضوئي في الأجهزة التي تقيس الأشعة فوق البفسجية عبارة عن لمبة الديوتيريوم .

2- أجهزة تقيس طيف الأشعة المرئية وطيف الأشعة فوق البنفسجية معاً في جهاز واحد :
وهي أجهزة ثنائية الشعاع وهذه الأجهزة ميزتها أنه لاداعي لعملية تصفير الجهازيدوياً حيث يقوم الجهاز بذلك أتوماتيكياً . كما أن هذه الأجهزة تحتوي على فتحتين الأولى لخلية البلانك والفتحة الثانية لخلية العينة المراد قيلسها . فلو أردنا قياس الطيف المرئي في هذا الجهاز كل ماعلينا فعله هو أن نقوم بإختيار المصدر الضوئي المناسب وهو هنا لمبة التنجستن فقط ونضع خلية البلانك في فتحتة الخاصة ونضع خلية العينة في الفتحة الثانية ونقوم بإجراء التحليل . أما إذا أردنا إجراء قياس الطيف فوق البنفسجي فقط فما علينا إلا أن نختار لمبة الديوتيريوم فقط .


تطبيقات طيف الأشعةالمرئية وفوق البنفسجية :
يعتبر طيف إمتصاص الأشعة في المجال المرئي وفوق البنفسجي وسيلة مفيدة لتأييد دليل على تركيب بنائي معين لمركب ما ويندر وجود إمتصاص مختار يعطي برهاناً قاطعاً على تفاصيل تركيب معين لكن بالطبع يمكن أن تساعد في ترجيح أحد الإحتمالات المتعددة . وعلى سبيل المثال فإن عدم وجود إمتصاص في المجال 270 – 280 نانو ميتر يعتبر دليلاً قاطعاً على عدم وجود حلقة بنزين في المركب . كما أن إنعدام الإمتصاص من 210 نانوميتر حتى المجال المرئي دليل قاطع على عدم وجود روابط ثنائية متناوبة . وإن عدم وجود الإمتصاص حتى 180 نانوميتر فإن هذا دليل على عدم وجود رابطة ثنائية في المركب .

في هذه الأشكال التوضيحية نلاحظ أن زيادة عملية الإقتران في المركب تؤدي إلى زيادة في الطول الموجي كما أن وجود أو دخول إحدى المجموعات الوظيفية على المركب تؤدي أيضاً إلى زيادة في الطول الموجي .

Violet: 400 - 420 nm

Indigo: 420 - 440 nm

Blue: 440 - 490 nm

Green: 490 - 570 nm

Yellow: 570 - 585 nm

Orange: 585 - 620 nm

Red: 620 - 780 nm

مقطع مختصرعن التحليل الطيفي من إعدادي

• برأيك /
• هل هناك علاقة بين الشمس والأطياف ؟