علوم طبیعی

علوم طبیعی یا همان تجربی دانش‌هائی هستند که موضوع آن‌ها بررسی ویژگی‌های فیزیکی طبیعت (به معنای وسیع آن، یعنی همه جهان) است. به این معنا علوم طبیعی از علوم انسانی متمایز است. در علوم طبیعی کوشش می‌شود تا پدیده‌های طبیعی با روش علمی و براساس فرآیندهای طبیعی (و نه الهی یا عرفانی و مانند آن) توضیح داده شود. گاه منظور از علوم طبیعی همان علوم زیستی است ولی این کاربرد رایج نیست و علوم زیستی بخشی از علوم طبیعی به‌شمار می‌رود. در ایران امروز ( پس از دهه ی 50 شمسی ) بر خلاف دیروز ( پیش از دهه ی 50 شمسی ) به علوم طبیعی ، علوم تجربی می گویند که به نظر می رسد علوم طبیعی صحیح است و نه علوم تجربی چرا که علومی که با تجربه حاصل می شوند محصور در علوم طبیعی نیست و شامل علوم انسانی نیز می شود .

طبیعت انسان

طبیعت انسان اشاره دارد به ویژگی‌های مشخصه انسان، از جمله روش‌های اندیشیدن، احساس‌نمودن و عمل‌کردن، که انسان‌ها معمولاً به صورت طبیعی، بدون تاثیرگیری از فرهنگ انجام می‌دهند. سوالاتی مثل: این ویژگی‌های طبیعی چه هستند، علت آنها چیست و چگونه می‌توان طبیعت انسان را بهبود داد از جمله قدیمی‌ترین و مهم‌ترین پرسش‌های تاریخ فلسفه هستند. این سوالات پیامدهای ویژه اخلاقی، سیاسی و الهیاتی دارند. این تا بخشی به علت آن است که طبیعت انسان می‌تواند منشا هنجارهای رفتاری، و همچنین تا حدی مانع زندگی خوب انگاشته شود. پیامدهای بغرنج این گونه سوالات، در انواع هنرها و ادبیات بررسی شده‌اند. درحالیکه شاخه‌های متعددی از علوم انسانی، دامنه مهمی از پرسش‌گری درباره طبیعت انسان، و بررسی مفهوم انسان‌بودن را تشکیل داده‌اند.

شاخه‌های علوم معاصر که به مطالعه طبیعت بشر اختصاص دارند شامل: انسان‌شناسی، جامعه‌شناسی، زیست‌شناسی اجتماعی و روان‌شناسی، به طور خاص روان‌شناسی فرگشتی و روان‌شناسی رشد هستند. پرسش «طبیعت یا تربیت» از گسترده‌ترین و شناخته‌شده‌ترین بحث‌ها درباره طبیعت انسان در علوم طبیعی است.

اندیشه انتقادی

اندیشهٔ انتقادی (سنجشگرانه‌اندیشی) یعنی درست اندیشیدن در تلاش برای یافت آگاهی قابل اعتماد در جهان. این روش شامل فرایندهای ذهنی تشخیص، تحلیل و ارزیابی داده‌ها است. به بیانی دیگر، هنر اندیشیدن پیرامون اندیشیدن خودتان درحالی‌که شما می‌خواهید اندیشه‌تان را بهتر، روشن‌تر، دقیق‌تر، یا قابل دفاع‌تر بنمایید.[۱]

فردی که انتقادی می‌اندیشد قادر است پرسش‌های مناسب بپرسد و اطلاعات مربوط را جمع‌آوری کند. سپس با خلاقیات آن‌ها را دسته‌بندی کرده و با منطق استدلال کند. و در پایان به یک نتیجه قابل اطمینان دربارهٔ مسئله برسد.

کودکان با قدرت اندیشه انتقادی به دنیا نمی‌آیند، و این قابلیت را به طور طبیعی نیز ماورای اندازه‌ای که برای زنده ماندن نیاز دارند، کسب نمی‌کنند. بسیاری از انسان‌ها هیچ‌گاه آن را یاد نمی‌گیرند. این روش به‌سادگی توسط والدین و آموزگاران معمولی قابل آموزش به دانش‌آموزان نیست؛ بلکه به مربیان ویژه‌ای برای آموزش مهارت‌های اندیشه انتقادی نیاز دارد.[۲]

محتویات

    ۱ دورنما
    ۲ ارزش‌های پایه
        ۲.۱ روشن‌اندیشی
        ۲.۲ بدیهیات
        ۲.۳ تناقض‌ها
        ۲.۴ منطق
    ۳ فراگیری
    ۴ جستارهای وابسته
    ۵ پیوند به بیرون
    ۶ منابع

دورنما

هنگامی که مشغول اندیشیدن هستیم، معمولاً هدف ما فهمیدن چیزی است. می‌کوشیم تا پرسشی را پاسخ گوییم، مسئله‌ای را حل کنیم، نتیجه‌گیریی را اثبات کنیم. می‌خواهیم بدانیم علت جنگ‌های داخلی چه بود، به کدام یک از نامزدها رأی دهیم، یا چگونه به تعطیلات برویم تا به ورشکستگی‌مان نینجامد. در همهٔ این موارد، می‌توان گفت که می‌کوشیم معرفتی کسب کنیم که از پیش نداریم. و در اغلب موارد نمی‌توانیم آن معرفت را با مشاهده مستقیم حاصل کنیم. باید قدری استدلال کنیم، دو دو تا چهار تا کنیم، استنباط کنیم، و از اطلاعات موجود نتیجه‌گیری کنیم.[۳]

این شیوهٔ رویکرد به موضوعات را با صفت تحلیلی هم توصیف می‌کنند. تفکر انتقادی تفکر تحلیلی است، یعنی موضوع را می‌شکافد، اجزای آن را دانه‌دانه می‌سنجد و در ادامه شیوهٔ ترکیب آنها را وارسی می‌کند. در دوران باستان ارسطو استاد این کار بوده‌است. شگرد تفکر ارسطو را نادیده گرفته‌اند. آنچه از ارسطو در قرون وسطی به مانع تفکر بدل می‌گردد، برخی آموزه‌های او بوده‌است. محتوای کار او مانع شناخت درست صورت و شیوهٔ کار او شده‌است.

در آستانهٔ عصر جدید فیلسوفی به نام رنه دکارت سر برمی‌آورد که به اندیشه تحلیلی جان تازه‌ای می‌دهد. اندیشه انتقادی تحلیلی او بنای فکر قرون وسطایی را ویران می‌کند. این اندیشه چیز پیچیده‌ای نیست. با مبانی آن می‌توان آشنا شد.[۴]
ارزش‌های پایه

تفکر انتقادی (که از آن با عنوان سنجشگرانه اندیشی نیز یاد می‌شود) اندیشیدن سنجشگرانه بر مضمون حرفهایی است که می‌شنویم و می‌خوانیم و بررسی دقیق استدلالهایی است که آن حرفها به کمک آنها خود را استوار جلوه می‌دهند. انتقاد به معنای سنجیدن است نه ایراد گرفتن. زیر عنوان انتقاد نباید غرغرکردن و بهانه گرفتن و عیب‌جویی به دلیل بدخویی را فهمید.[۵]. دو گونه اندیشه انتقادی قابل تصور است: یکی خود خواهانه یا سفسطه ای که فرد سعی می‌کند بااستفاده از قدرت تحلیل خود به منافعی شخصی برسد و دیگری درست بینی یا بی طرفی که در آن فرد سعی می‌کند تمام جوانب امر را به صورت یکسان و بدون ارجحیت دادن به دلایل احساسی و منفعت طلبانه ببیند.[۱]
روشن‌اندیشی

تفکر انتقادی در هنگام سنجشگری از ارزشهای فکری خاصی حرکت می‌کند. متنی را می‌خوانیم که موضوع در آن چنان پیچانده شده که هیچ نمی‌توان از آن سر درآورد، در حالی که اصل قضیه ساده‌است و ما باید آن را با آگاهی و دقتی متعارف درک کنیم. در این جا به نویسندهٔ آن انتقاد می‌کنیم که نه روشن‌اندیش، بلکه تاریک‌اندیش است. پس روشنی یک ارزش در تفکر انتقادی است. ما می‌خواهیم به روشنی برسیم. می‌پرسیم و می‌پرسیم، و با این کار گویی نقب زنیم تا از پهنه‌ای تاریک به روشنایی گام بگذاریم. به نویسنده انتقاد می‌کنیم که مفهوم‌ها و گزاره‌هایش دقت ندارند. دقت نیز یک ارزش مهم در تفکر انتقادی است. مفهوم یا تعریف دقیق مثل یک ابزار دقیق است، چنگ می‌زند و آن بخش از واقعیت را که می‌خواهد بگیرد، می‌گیرد. ابزار نادقیق به هدف نمی‌خورد و بعید نیست که موضوع کار را خراب کند. مته را کج می‌زنیم و پیچ مسیر غلطی را می‌رود. مفهوم نادقیق نیز ذهن را به جایی نامربوط می‌کشاند.
بدیهیات

ارزشی دیگر در تفکر انتقادی بداهت است. آنچه بدیهی است وضوحی شهودی دارد، یعنی ما بنابر تجربه مستقیم خودمان یا خردورزی‌مان می‌دانیم که درست است، انگار ما در ذهن یا در واقعیت در کمال آگاهی شاهد آن هستیم.

اگر ما از امور بدیهی حرکت کنیم و با شیوهٔ سنجیده‌ای در ترکیب، اطلاعات خود را از آنها درهم‌آمیزیم، به آگاهی پیچیده‌ای می‌رسیم که چون ریشه در امور بدیهی دارد، احتمال می‌رود که درست باشد. می‌گوییم احتمال می‌رود، چون همیشه ممکن است در ترکیب اطلاعات اشتباه صورت گیرد. وقتی متنی را با دید انتقادی می‌خوانیم، توجه داریم که آیا گزارههای آن با بدیهیات تجربی و عقلی همخوان هستند یا نه.

از عبارتهایی چون «واضح و مبرهن است» نیز به همین سوءاستفاده می‌شود. می‌نویسند: «واضح است که...» ما باید مکث کنیم و بپرسیم: واقعاً واضح است؟ یا می‌نویسند: «مبرهن است که...» یعنی در مورد موضوع برهان عقلی آورده‌اند. باید بپرسیم: واقعاً موضوع مستدل است؟ عبارتهایی مثل «بدیهی است که...» و «واضح و مبرهن است که...» ما را دعوت می‌کنند که ادعایی را که به دنبال آنها می‌آید، بی هیچ اندیشه‌ای بپذیریم. اندیشه انتقادی به ما می‌آموزد که در اینجا باید درست رفتار معکوسی داشته باشیم، یعنی دقت ورزیم که آیا ادعا به راستی پذیرفتنی است یا نه.
تناقض‌ها

ارزشی دیگر در اندیشهٔ انتقادی همخوانی است. سر و ته یک متن یا سخن باید با هم بخوانند. اگر نویسنده و گوینده دچار تناقض شود، یا این که اینجا از این اصل حرکت کند و آنجا که موردی مشابه در وضعیتی مشابه‌است از اصلی دیگر، بر پایهٔ این ارزش به او انتقاد می‌کنیم.

کشف تناقض همیشه ساده نیست. ما باید متن یا سخن را تجریه و تحلیل کنیم تا ساختار آن برایمان روشن شود، تا بتوانیم ببنیم آیا دچار تناقض شده‌است یا نه. در بسیاری اوقات با خبری مواجه می‌شویم که خود به خود حاوی تناقضی نیست و حرفی کوتاه است که سر و ته آن با هم می‌خوانند. در اینجا آن را باید در متن زندگی و واقعیت قرار دهیم تا بطلان آن را دریابیم.

نوع دیگر تناقض بیشتر در هنگام اندیشیدن مستقل و نه فکر بر روی گفتار یا نوشتار دیگران پیش می‌آید. اندیشیدن انسان همواره جهت دار است و احساسات و برداشت‌های پیشین آدمی یا به تعبیر دیگر بایاس در آن اثر می گذارد. از این رو باید تا جایی که می‌توان از تمایل خود فریبی که به طور طبیعی در انسان وجود دارد را شناخت و در مقابل آن ایستاد. گاهی این ایستادن سبب بایاس در جهت مخالف می‌شود. در اندیشه انتقادی باید تا جایی که می‌توان بایاس را کم کرد اما توجه داشت که به اندیشه بدون بایاس نمی‌توان رسید. یکی از راه‌های کم کردن بایاس مراجعه به آرای دیگران و بحث کردن پیرامون موضوع با هدف رسیدن به شناخت و نه اثبات عقیده است. این کار باعث می‌شود نقاط کور اندیشه ما که خودمان توانایی دیدن آن را نداریم ببینیم.[۱][۶][۷]
منطق

ارزش دیگری که در اینجا لازم است از آن یاد کنیم استدلال متین و استوار است. اندیشه انتقادی استدلال سست را نمی‌پذیرد. استدلال باید پایه‌های محکمی داشته باشد یعنی از مقدماتی درست حرکت کند و آنها را به صورتی منطقی با یکدیگر ترکیب کرده و به نتیجه برساند. اندیشه انتقادی تفکر منطقی است. منطق شیوه و اصول سنجیدهٔ تعریف و استدلال است.
فراگیری

اندیشهٔ انتقادی بر پایهٔ مفاهیم و قانون‌هاست، نه بر پایهٔ فراروند پله پله یا شل و محکم.[۸] ممکن است طرز اندیشیدن شخصی ناواضح، غیر دقیق، نامربوط، غیرمنطقی و سطحی باشد. راه‌های مختلفی هست که ممکن است تفکر شخص مشکل‌دار باشد.

به تازگی برخی آزمایش‌هایی که هنوز در مراحل ابتدایی هستند؛ نشان داده که برخی زمان‌ها شخص تصمیمات پیچیده‌ای را پیش از آگاهی از تمام فاکت‌ها و داده‌ها می‌گیرد. از آنجاییکه چنین روشی اندیشیدن انتقادی نیست (چون برای اندیشه انتقادی نیاز به بازتاب دقیق هست) پس استفاده از مهارت‌های اندیشه انتقادی نیاز به تلاش بیشتر بر خلاف طبیعت انسان - که تصمیم‌گیری بدون دانستن همه داده‌هاست دارد.

اندیشه

اَندیشه یا فِکر یکی از نیروهای درونی انسان است که به مفاهیم مربوط است. کانت از جمله فیلسوفانی است که در کتابش با عنوان «سنجش خرد ناب» دربارهٔ فکر و مفاهیم به بحث پرداخته است.

محتویات

    ۱ تعریف
    ۲ تعاریف دیگر
    ۳ در منطق
    ۴ روشهای تفکری
    ۵ انواع روشهای تفکری
    ۶ پانویس
    ۷ منابع

تعریف

تفکر، عملی ذهنی است و زمانی مطرح می‌گردد که انسان با مسئله‌ای مواجه‌است و خواستار حل آن است. در این هنگام در ذهن، تلاشی برای حل مسئله آغاز می‌گردد که این تلاش ذهنی را، تفکر می‌نامند. فعالیت برای حل مسئله، از مراحلی تشکیل شده‌است که از تعریف مسئله به طور شفاف، روشن و ملموس، آغاز می‌گردد و با پیدا کردن راه حل‌هایی برای حل مسئله ادامه می‌یابد و با به کارگیریِ عملی بهترین راه حل و یافتن جواب نهایی به پایان می‌رسد.
تعاریف دیگر

«تفکر سازمان دادن و تجدید سازمان در یادگیری گذشته جهت استفاده در موقعیت فعلی است.»[۱]

«تفکر فرایندی رمزی و درونی است که منجر به یک حوزه شناختی می‌گردد که نظام شناختی شخص متفکر را تغییر می‌دهد.»[۲]

«تفکر فرایندی است که از طریق آن یک بازنمایی ذهنی جدید به وسیله تبدیل اطلاعات و تعامل بین خصوصیات ذهنی، قضاوت، انتزاع، استدلال و حل مسئله ایجاد می‌گردد.»[۳]

«تفکر ، تلاشی است ذهنی، برای پاسخ گویی صحیح و دقیق به سوالات ذهنی که به ابزاری چون منطق ، خرد ورزی،دانش،تجربه و درک صحیح موضوع نیازمند است. .»[۴]
در منطق

عبارت است از مرتب ساختن امور معلوم برای رسیدن به کشف مجهول. به عبارت دیگر فکر عبارت است از حرکت ذهن به سوی امور و مقدمات معلوم و سپس حرکت از آن امور معلوم به سوی کشف مقصود.
روشهای تفکری

هر یک از روش‌های تفکری را می‌توان متدهایی دانست که به کمک آنها، قسمتی از فرایند حل مسئله، با موفقیت طی می‌شود. تفکر برتر تفکری است که از بهترین روش‌ها به حل مساله برسد.
انواع روشهای تفکری

تفکر خلاق،قطب مطالعه و تفکر ایران

فکرآورد تفکر تحلیلی، تفکر انتقادی، تفکر اجرایی، تفکر استراتژیک

مکانیک کوانتومی

مکانیک کوانتومی شاخه‌ای بنیادی از فیزیک نظری است که با پدیده‌های فیزیکی در مقیاس میکروسکوپی سرو کار دارد. دراین مقیاس، کُنِش‌های فیزیکی در حد و اندازه‌های ثابت پلانک هستند. بنیادی ترین تفاوت مکانیک کوانتومی با مکانیک کلاسیک در قلمرو کوانتومی است که به ذرات در اندازه‌های اتمی و زیراتمی می‌پردازد. مکانیک کوانتومی بنیادی‌تر از مکانیک نیوتنی و الکترومغناطیس کلاسیک است، زیرا در مقیاس‌های اتمی و زیراتمی که این نظریه‌ها با شکست مواجه می‌شوند، می‌تواند با دقت زیادی بسیاری از پدیده‌ها را توصیف کند. مکانیک کوانتومی به همراه نسبیت عام پایه‌های فیزیک جدید را تشکیل می‌دهند.

مکانیک کوانتومی که به عنوان نظریه کوانتومی نیز شناخته شده است، شامل نظریه‌ای درباره ماده، تابش الکترومغناطیسی و برهمکنش میان ماده و تابش است.[۱]

محتویات

    ۱ آشنایی
    ۲ مکانیک کوانتومی و فیزیک کلاسیک
    ۳ کوشش برای نظریهٔ وحدت‌یافته
    ۴ مکانیک کوانتومی و زیست‌شناسی
    ۵ جستارهای وابسته
    ۶ منابع

آشنایی

واژهٔ کوانتوم (به معنی «بسته» یا «دانه») در مکانیک کوانتومی از اینجا می‌آید که این نظریه به بعضی از کمیت‌های فیزیکی (مانند انرژی یک اتم در حال سکون) تحت شرایط خاص، مقدارهای گسسته‌ای نسبت می‌دهد. پایه‌های مکانیک کوانتومی در نیمهٔ اول قرن بیستم به وسیلهٔ ورنر هایزنبرگ، ماکس پلانک، لویی دوبروی، نیلس بور، اروین شرودینگر، ماکس بورن، جان فون نویمان، پاول دیراک، ولفگانگ پاولی و دیگران ساخته شد. بعضی از جنبه‌های بنیادی این نظریه هنوز هم در حال پیشرفت است.

در حوالی ابتدای قرن بیستم، کشفیات و تجربه‌های زیادی نشان می‌دادند که در مقیاس اتمی نظریه‌های کلاسیک نمی‌توانند توصیف کاملی از پدیده‌ها ارائه دهند. وجود همین نارسایی‌ها موجب نخستین ایده‌ها و ابداع‌ها در مسیر ایجاد نظریه کوانتومی شدند. بعنوان یکی از مثال‌های بسیار مشهور اگر قرار بود مکانیک نیوتنی و الکترومغناطیس کلاسیک بر رفتار یک اتم حاکم باشند، الکترون‌ها بایستی به سرعت به سمت هسته اتم حرکت کرده و بر روی آن سقوط می‌کردند و در نتیجه اتم‌ها ناپایدار می‌شدند؛ ولی در دنیای واقعی الکترون‌ها در نواحی خاصی دور اتم‌ها باقی می‌مانند و چنین سقوطی مشاهده نمی‌شود. تلاش اولیه برای حل این تناقض توسط نیلس بور با پیشنهاد فرضیه اش دایر بر وجود مدارهای مانا رخ داد، که موفقیت‌هایی هم در توصیف طیف اتم هیدروژن داشت.

پدیدهٔ دیگری که در این مسیر جلب توجه می‌کرد، مطالعه رفتار امواج الکترومغناطیسی مانند نور در برهمکنش با ماده بودند. ماکس پلانک در سال ۱۹۰۰ هنگام مطالعه بر روی تابش جسم سیاه پیشنهاد کرد که برای توصیف صحیح مساله تابش جسم سیاه، می‌توان انرژی این امواج را به شکل بسته‌های کوچکی (کوانتا یا کوانتوم) در نظر گرفت. آلبرت اینشتین از این فکر بهره برد و نشان داد که امواجی مثل نور را می‌توان با ذره‌ای به نام فوتون که انرژی‌اش به بسامد موج بستگی دارد توصیف کرد. در ادامه، با نظریه دوبروی دایر بر امکان توصیف حرکت ذرات بوسیله امواج، این نظریه‌ها به دیدگاهی به نام دوگانگی موج-ذره برای ذرات و امواج الکترومغناطیسی منجر شدند که برطبق آن، ذرات هر دوی رفتارهای موجی و ذره‌ای را از خود نشان می‌دهند.

تلاش‌ها برای تبیین تناقضات و ایجاد رهیافت‌های جدید، منجر به تکوین ساختار جدیدی موسوم به مکانیک کوانتومی شد که توسط دو فرمولبندی جداگانه (که بعدا معلوم شد هم ارزند) موسوم به مکانیک ماتریسی (عمدتا توسط هایزنبرگ) و مکانیک موجی (بیشتر توسط شرودینگر) توصیف می‌شد. بعنوان مثال، ایدهٔ توصیف ذرات با امواج، مولد ابداع مفهوم بسته‌های موجِ همبسته ذرات شد. به نوبهٔ خود، تلاش برای یافتن معادلات حاکم بر تحول زمانی این بسته‌های موج به معادله موج یا معادله شرودینگر منتهی شد.

در تعبیری که توصیف شرودینگر از مکانیک کوانتومی بدست می‌دهد، حالت هر سیستم فیزیکی در هر لحظه به وسیلهٔ یک تابع موج مختلط توصیف می‌شود. چون تابع موج یک کمیت مختلط است، خود مستقیما مبین یک کمیت فیزیکی نیست، اما با استفاده از این تابع می‌توان احتمال بدست آمدن مقادیر مختلف حاصل از اندازه‌گیری یک کمیت فیزیکی را پیش‌بینی کرد. در حقیقت این احتمال با ضریبی از مربع قدرمطلق تابع موج (که کمیت اخیر حقیقی است) برابر است. بعنوان مثال از کاربرد این تابع احتمال، با آن می‌توان احتمال یافتن الکترون در ناحیهٔ خاصی در اطراف هسته در یک زمان مشخص؛ یا احتمال بدست آمدن مقدار خاصی برای کمیت تکانه زاویه‌ای سیستم را محاسبه کرد. یا مثلا به کمک تابع موج و توزیع احتمال بدست آمده از آن، می‌توان محتملترین مکان (یا مکان‌های) حضور یک ذره در فضا را یافت (که در مورد الکترون‌های یک اتم گاهی به آن اُربیتال می‌گویند). البته معنی این حرف این نیست که الکترون در تمام ناحیه ناحیه پخش شده‌است، و الکترون در یک ناحیه از فضا یا هست و یا نیست.

در مکانیک کلاسیک پیش بینی تحول زمانی مقادیر کمیت‌ها و اندازه‌گیری مقادیر کمیت‌ها در نظریه با هر دقت دلخواه ممکن است و تنها محدودیت موجود، خطای متعارف آزمایش و آزمایشگر، یا فقدان داده‌های اولیه کافی است. اما در مکانیک کوانتومی فرایند اندازه‌گیری یک محدودیت ذاتی بهمراه خود دارد. در واقع نمی‌توان برخی کمیت‌ها (کمیت‌های مزدوج) را هم‌زمان و با هر دقت دلخواه اندازه‌گیری کرد؛ مانند مکان و تکانه. اندازه‌گیری دقیقتر هریک از این کمیت‌ها، منجر به از دست رفتن هرچه بیشتر داده‌های مربوط به کمیت دیگر می‌شود. این مفهوم که به اصل عدم قطعیت هایزنبرگ مشهور است، از مفاهیم بسیار مهم در مکانیک کوانتومی بوده و با مفهوم بنیادین «تاثیر فرایند اندازه‌گیری بر حالت سیستم» که از ابداعات اختصاصی مکانیک کوانتومی (دربرابر مکانیک کلاسیک است) همبسته است.

توصیف مکانیک کوانتومی از رفتار سامانه‌های فیزیکی اهمیت زیادی دارد، و بسیاری از شاخه‌های دیگر فیزیک و شیمی از مکانیک کوانتومی به عنوان چهارچوب خود استفاده می‌کنند؛ مانند فیزیک ماده چگال، فیزیک حالت جامد، فیزیک اتمی، فیزیک مولکولی، شیمی محاسباتی، شیمی کوانتومی، فیزیک ذرات بنیادی، و فیزیک هسته‌ای. مکانیک کوانتومی علاوه بر این که دنیای ذرات بسیار ریز را توصیف می‌کند، برای توضیح برخی از پدیده‌های بزرگ‌مقیاس (ماکروسکوپیک) هم کاربرد دارد، مانند ابررسانایی و ابرشاره. همچین کاربردهای وسیعی در حوزه فناوری‌های کاربردی، بر مفاهیم و دستاوردهای مکانیک کوانتومی استوار هستند.
مکانیک کوانتومی و فیزیک کلاسیک
نوشتار اصلی: گربه شرودینگر
نوشتار اصلی: آزمایش دوشکاف
نمایش دوگانگی موج-ذره با یک بسته موج فوتونی

اثرات و پدیده‌هایی که در مکانیک کوانتومی و نسبیت پیش‌بینی می‌شوند، فقط برای اجسام بسیار ریز یا در سرعت‌های بسیار بالا آشکار می‌شوند. تقربیاً همهٔ پدیده‌هایی که انسان در زندگی روزمره با آن‌ها سروکار دارد به طور کاملاً دقیقی توسط فیزیک نیوتنی قابل پیش بینی است.

در مقادیر بسیار کم ماده، یا در انرژی‌های بسیار پایین، مکانیک کوانتومی اثرهایی را پیش‌بینی می‌کند که فیزیک کلاسیک از پیش‌بینی آن ناتوان است؛ ولی اگر مقدار ماده یا سطح انرژی را افزایش دهیم، به حدی می‌رسیم که می‌توانیم قوانین فیزیک کلاسیک را بدون این که خطای قابل ملاحظه‌ای مرتکب شده باشیم، برای توصیف پدیده‌ها به کار ببریم. به این «حد» که در آن قوانین فیزیک کلاسیک (که معمولاً ساده‌تر هستند) می‌توانند به جای مکانیک کوانتومی پدیده‌ها را به درستی توصیف کنند، حد کلاسیک گفته می‌شود.
کوشش برای نظریهٔ وحدت‌یافته

وقتی می‌خواهیم مکانیک کوانتومی را با نظریهٔ نسبیت عام (که توصیف‌گر فضا-زمان در حضور گرانش است) ترکیب کنیم، به ناسازگاری‌هایی برمی‌خوریم که این کار را ناممکن می‌کند. حل این ناسازگاری‌ها هدف بزرگ فیزیکدانان قرن بیستم و بیست‌ویکم است. فیزیکدانان بزرگی همچون استیون هاوکینگ در راه رسیدن به نظریهٔ وحدت‌یافتهٔ نهایی تلاش می‌کنند؛ نظریه‌ای که نه تنها مدل‌های مختلف فیزیک زیراتمی را یکی کند، بلکه چهار نیروی بنیادی طبیعت -نیروی قوی، نیروی ضعیف، الکترومغناطیس و گرانش- را نیز به شکل جلوه‌های مختلفی از یک نیرو یا پدیده نشان دهد.
مکانیک کوانتومی و زیست‌شناسی

تحقیقات چند موسسه در آمریکا و هلند نشان داده است که بسیاری از فرایندهای زیستی از مکانیک کوانتومی بهره می‌برند. قبلا تصور می‌شد فتوسنتز گیاهان فرایندی بر پایه بیوشیمی است اما تحقیقات پروفسور فلمینگ و همکارانش در دانشگاه برکلی و دانشگاه واشنگتن در سنت لوییس به کشف یک مرحله کلیدی از فرایند فوتوسنتز منجر شده که بر مکانیک کوانتومی استوار است. همچنین پژوهشهای کریستوفر آلتمن، پژوهشگری از موسسه دانش نانوی کاولی در هلند، حاکی از آن است که نحوه کارکرد سلولهای عصبی خصوصا در مغز که تا مدتها فرایندی بر پایه فعالیتهای الکتریکی و بیوشیمی پنداشته می‌شد و محل بحث ساختارگرایان و ماتریالیستها و زیستشناسها بود، شامل سیستمهای کوانتومی بسیاری است. این پژوهشها نشان می‌دهد که سلول عصبی یک حلزون دریایی می‌تواند از نیروهای کوانتومی برای پردازش اطلاعات استفاده کند. در انسان نیز، فیزیک کوانتومی احتمالا در فرایند تفکر دخیل است.

کوانتم

اصطلاح کُوانتوم (به انگلیسی: quantum) در فیزیک، به معنای کمترین مقدار ممکن از یک موجودِ شرکت کننده در یک اندرکنش است. به عبارت دیگر، به کمترین مقدار ممکن از یک کمیت، مقدار پایه و یا یک کوانتم آن کمیت می‌گویند. یک کمیت کوانتیده تنها می‌تواند مقدارهایی گسسته، یعنی مضرب صحیحی از کوانتوم آن کمیت را اختیار کند. برای نمونه، مقدار بار الکتریکی یک جسم که در اثر مالش باردار شده، همواره مضرب صحیحی از بار الکتریکی یک الکترون می‌باشد. هیچگاه مقدار بار الکتریکی یک جسم ۳/۵ برابر بار الکتریکی یک الکترون نخواهد بود. در اینجا به مقدار بار الکتریکی یک الکترون، بار پایه و یا یک کوانتم بار می‌گویند و بار الکتریکی جسم نیز کمیتی کوانتیده است.

محتویات

    ۱ چند کمیت کوانتیده
        ۱.۱ بار الکتریکی
        ۱.۲ رسانندگی الکتریکی
        ۱.۳ انرژی
    ۲ جستارهای وابسته
    ۳ منابع

چند کمیت کوانتیده

در فیزیک تعداد کمیت‌های کوانتیدهٔ شناخته شده محدود هستند.
بار الکتریکی

کوانتیده بودن این کمیت در سال ۱۹۱۱ توسط رابرت میلیکان و هاروی فلچر طی آزمایش قطره روغن مشاهده شد. در نظریهٔ الکترومغناطیس کلاسیک، قانونی کوانتیده بودن بار الکتریکی را ایجاب نمی‌کند.[۱]بار الکتریکی پیوسته فرض می‌شود و می‌توان هر مقدار دلخواه از آن را جدا کرد. پاول دیراک نشان داده است که در صورت یافت شدن تک قطبی‌های مغناطیسی در طبیعت -که تاکنون دیده نشده‌اند- می‌توان کوانتیده بودن بار الکتریکی را توجیه کرد. به همین دلیل هنوز در شتاب دهنده‌ها جستجو برای یافتن بارهای مغناطیسی ادامه دارد.
رسانندگی الکتریکی

یک مثال دیگر از کمیت‌های کوانتیده در فیزیک کوانتومی رسانایی است که بر اساس تعریف، نسبت جریان الکتریکی به ولتاژ الکتریکی می‌باشد. در بعضی از مواد و در شرایطی خاص، جریان اکتریکی با تغییر ولتاژ الکتریکی به طور پیوسته تغییر نمی‌کند، بلکه به صورت پله‌ای افزایش می‌یابد. بنابراین در اینجا رسانایی فقط می‌تواند ضرایب صحیحی از یک کوانتوم رسانایی را اختیار کند. در اثر کوانتومی هال و نیز در یک اتصال نقطه‌ای کوانتومی این پدیده مشاهده می‌شود.[۲]
انرژی

در مکانیک کوانتومی انرژی به عنوان مشتق زمانی تابع موج و به صورت عملگر انرژی تعریف می‌شود. معادله شرودینگر عملگر انرژی را با انرژی کل یک ذره یا سامانه برابر قرار می‌دهد. پاسخ این معادله تنها می‌تواند مقادیری گسسته اختیار کند. انرژی یک الکترونِ متعلق به یک اتم کمیتی کوانتیده است و این پدیده عامل پایداری اتم و در نهایت ماده می‌باشد. سطوح انرژی یک الکترون در اتم گسسته است. همچنین پاسخ این معادله برای هر نوسانگر و نیز امواج الکترومغناطیسی مقادیری گسسته اختیار می‌کند. در این موارد انرژی مضربی از ثابت پلانک و بسامد نوسان خواهد بود:

E =nh\nu

که در آن h ثابت پلانک و \nu بسامد نوسانگر است.

کوانتوم انرژی برای امواج الکترومغناطیسی مانند نور فوتون نام دارد.

مکانیک کوانتومی نظریه‌ای است که اساس آن بر این فرض‌ها استوار است و به بررسی و مطالعه پدیده‌های در ابعاد اتم و یا کوچکتر از اتم می‌پردازد.

اتم

اَتُم (به انگلیسی: Atom) واژه ای است یونانی به معنی «ناگسستنی» (من تقسیم نمی‌شوم)[۲]، اتم واحد تشکیل دهنده تمام مواد (یا تک تک عناصر شیمیایی) است که متشکل از یک هسته مرکزی است که محاطه شده با ابر الکترونی با بار منفی. تعریف دیگری آن را به عنوان کوچکترین واحدی در نظر می‌گیرد که ماده را می‌توان به آن تقسیم کرد بدون اینکه اجزاء بارداری از آن خارج شود.[۳] اتم ابری الکترونی، تشکیل‌شده از الکترونها با بار الکتریکی منفی، که هستهٔ اتم را احاطه کرده‌است. هسته نیز خود از پروتون که دارای بار مثبت است و نوترون که از لحاظ الکتریکی خنثی است تشکیل شده‌است. زمانی که تعداد پروتون‌ها و الکترون‌های اتم با هم برابر هستند اتم از نظر الکتریکی در حالت خنثی یا متعادل قرار دارد در غیر این صورت آن را یون می‌نامند که می‌تواند دارای بار الکتریکی مثبت یا منفی باشد. اتم‌ها با توجه به تعداد پروتون‌ها و نوترون‌های آنها طبقه‌بندی می‌شوند. تعداد پروتون‌های اتم مشخص کننده نوع عنصر شیمیایی و تعداد نوترون‌ها مشخص‌کننده ایزوتوپ عنصر است.[۴]

نظریه مکانیک کوانتومی تصویر پیچیده‌ای از اتم ارائه می‌دهد و این پیچیدگی دانشمندان را مجبور می‌کند که جهت توصیف خواص اتم بجای یک تصویر متوسل به تصاویر شهودی متفاوتی از اتم شوند. بعضی وقت‌ها مناسب است که به الکترون به عنوان یک ذره متحرک به دور هسته نگاه کرد و گاهی مناسب است به آنها عنوان ذراتی که در امواجی با موقعیت ثابت در اطراف هسته (مدار: orbits) توزیع شده‌اند نگاه کرد. ساختار مدارها تا حد بسیار زیادی روی رفتار اتم تأثیر گذارده و خواص شیمیایی یک ماده توسط نحوه دسته بندی این مدارها معین می‌شود.[۳]

محتویات

    ۱ اجزا
        ۱.۱ ذرات زیراتمی
        ۱.۲ هسته
        ۱.۳ ابر الکترونی
    ۲ مدل‌های اتمی
        ۲.۱ مدل اتمی دموکریت
        ۲.۲ مدل اتمی دالتون
        ۲.۳ مدل اتمی جوزف تامسون انگلیسی
        ۲.۴ مدل اتمی ارنست رادرفورد نیوزلندی
        ۲.۵ مدل اتمی نیلز بور
        ۲.۶ مدل اتمی جیمز چادویک
        ۲.۷ مدل اتمی لایه‌ای
        ۲.۸ شنیده شدن صدای اتم
    ۳ پانویس
    ۴ منابع

اجزا

جهت بررسی اجزاء یک ماده، می‌توان به صورت پی در پی آن را تقسیم کرد. اکثر مواد موجود در طبیعت ترکیب شلوغی از مولکول‌های مختلف است. با تلاش نسبتاً کمی می‌توان این مولکول‌ها را از هم جدا کرد. مولکول‌ها خودشان متشکل از اتم‌ها هستند که توسط پیوندهای شیمیایی به هم پیوند خورده‌اند. با مصرف انرژی بیشتری می‌توان اتم‌ها را از مولکول‌ها جدا کرد. اتم‌ها خود از اجزاء ریزتری بنام هسته و الکترون تشکیل شده که توسط نیروهای الکتریکی به هم پیوند خورده‌اند و شکستن آنها انرژی بسی بیشتری طلب می‌کند. اگر سعی در شکستن این اجرا زیر اتمی با صرف انرژی زیاد بکنیم، کار ما باعث تولید شدن ذرات جدیدی می‌شویم که خیلی از آنها بار الکتریکی دارند. [۳]

همانطور که اشاره شد اتم از هسته و الکترون تشکیل شده‌است. جرم اصلی اتم در هسته قرار دارد؛ فضای اطراف هسته عموماً فضای خالی می‌باشد. هسته خود از پروتن (که بار مثبت دارد)، و نوترن (که بار خنثی دارد) تشکیل شده. الکترون هم بار منفی دارد. این سه ذره عمری طولانی داشته و در تمامی اتم‌های معمولی که به صورت طبیعی تشکیل می‌شوند یافت می‌شود. بجز این سه ذره، ذرات دیگری نیز در ارتباط با آنها ممکن است موجود باشد؛ می‌توان این ذرات دیگر را با صرف انرژی زیاد نیز تولید کرد ولی عموماً این ذرات زندگی کوتاهی داشته و از بین می‌روند.[۳]

اتم‌ها مستقل از اینکه چند الکترون داشته باشند (۳ تا یا ۹۰ تا)، همه تقریباً یک اندازه دارند. به صورت تقریبی اگر ۵۰ میلیون اتم را کنار هم روی یک خط بگذاریم، اندازه آن یک سانتیمتر می‌شود. به دلیل اندازه کوچک اتم‌ها، آنها را با واحدی به نام آنگستروم که برابر ۱۰- ۱۰ متر است می‌سنجند.[۳]
ذرات زیراتمی
نوشتار اصلی: ذرات زیراتمی

با وجود اینکه منظور از اتم ذره‌ای تجزیه ناپذیر بود، امروز می‌دانیم که اتم از ذرات کوچکتری تشکیل شده‌است. الکترونها، پروتونها و نوترونها ذرات تشکیل دهندهٔ اتم هستند. الیته یون هیدروژن بدون الکترون و نیز هیدروژن-۱ بدون نوترون است.

در مدل استاندارد، الکترون‌ها ذرات بنیادی، یعنی بدون ساختار داخلی، پنداشته می‌شوند؛ در حالی که پروتون‌ها و نوترون از ذرات دیگری به نام کوارک تشکیل شده‌اند.
هسته
نوشتار اصلی: هسته اتم

هسته دارای نوترون و پروتون است. پروتون دارای بار مثبت (+) و نوترون بدون بار است. و در خارج از هسته الکترون وجود دارد که بار آن منفی(-)است.
ابر الکترونی

این مدل پیشنهاد شده تنها از یک شخص منتشر نشده و ایده چندین دانشمند و محقق در سال 1935 میباشد در این مدل مانند مدل بور (منظومه شمسی) هسته عمده جرم اتم را تشکیل میدهد و در مرکز ، الکترون با انرژی مختلف به دور هسته در گردش میباشد و الکترونها در لایه ای با انرژی معینی وجود دارند .
مدل‌های اتمی
مدل اتمی دموکریت

دموکریت در ۵۰۰سال قبل از میلاد اوّلین تحقیق‌ها را در رابطه با اتم انجام داد. البته نتایج آزمایش‌ها او امروزه هیچ کدام مورد قبول نیست اما اصلی ترین گام در راستای تحقیق در رابطه با اتم بود. نام اتم به معنای تجزیه ناپذیر را نیز او انتخاب کرد. نظریه های او بسیار ابتدایی بود اما باید توجه داشت که تا زمانی که نمی‌توان اتم را به چشم دید صحبت در رابطه با آن نیز تنها حدس است. او بر این عقیده بود که:

    ماده ساختار ذرّه‌ای دارد یعنی از ذرّه‌ها بسیار کوچکی ساخته شده‌است که خود آن را میتوان تجزیه ناپذبر نامید.
    اتم مواد مختلف در شکل بایکدیگر متفاوت است. برای مثال مواد تیز و برنده یا ترش دارای اتمی با لبه‌های تیز به شکل‌هایی چون مثلث هستند یا مواد نرم و شیرین دارای شکلی دایره‌ای.(البته این مورد در نظرات بعدی کاملا رد شد.)

مدل اتمی دالتون

نظریهٔ اتمی دالتون: دالتون نظریه اتمی خود را با اجرای آزمایش در هفت بند بیان کرد.

    ماده از ذره‌های تجزیه ناپذیری به نام اتم ساخته شده‌است.
    همهٔ اتم‌های یک عنصر، مشابه یکدیگرند.
    اتم‌ها نه به وجود می‌آیند و نه از بین می‌روند.
    همهٔ اتم‌های یک عنصر جرم یکسان و خواص شیمیایی یکسان دارند.
    اتم‌های عنصرهای مختلف به هم متصل می‌شوند و مولکولها را به وجود می‌آورند.
    در هر مولکول از یک ماده مرکب معین، همواره نوع و تعداد نسبی اتم‌های سازنده ی آن یکسان است.
    واکنش‌های شیمیایی شامل جابه جایی اتم‌ها و یا تغییر در شیوهٔ اتصال آن‌ها است.

نظریه‌های دالتون نارساییها و ایرادهایی دارد و اما آغازی مهم بود. مواردی که نظریهٔ دالتون نمی‌توانست توجیه کند:

    پدیدهٔ برقکافت (الکترولیز) و نتایج مربوط به آن
    پیوند یونی - فرق یون با اتم خنثی
    پرتو کاتدی
    پرتوزایی و واکنش‌های هسته‌ای
    مفهوم ظرفیت در عناصر گوناگون
    پدیدهٔ ایزوتوپی

قسمت اول نظریهٔ دالتون تأیید فیلسوف یونانی (دموکریت) بود.

نظریهٔ دالتون از سه قسمت اصلی (قانون بقای جرم - قانون نسبت‌ها معین - قانون نسبت‌های چندگانه) می‌باشد.

مطالعهٔ اتم‌ها و ذرات ریزتر فقط به صورت غیرمستقیم و از روی رفتار (خواص) امکان پذیر است.

اولین ذرهٔ زیراتمی شناخته شده الکترون است. مواردی که به کشف و شناخت الکترون منجر شد:

    الکتریسیتهٔ ساکن یا مالشی
    پدیدهٔ الکترولیز (برقکافت)
    پرتو کاتدی
    ۴پدیدهٔ پرتوزایی

مدل اتمی جوزف تامسون انگلیسی

مدل اتمی تامسون (کیک کشمشی، مدل هندوانه ای یا ژله میوه دار)

    الکترون با بار منفی، درون فضای ابرگونه با بار مثبت، پراکنده شده‌اند.
    اتم در مجموع خنثی است. مقدار بار مثبت با بار منفی برابر است.
    این ابر کروی مثبت، جرمی ندارد و جرم اتم به تعداد الکترون آن بستگی دارد.
    جرم زیاد اتم از وجود تعداد بسیار زیادی الکترون در آن ناشی می‌شود.

مدل اتمی ارنست رادرفورد نیوزلندی

۱)هر اتم دارای یک هسته کوچک است که بیشتر جرم اتم در آن واقع است.

۲)هسته اتم دارای بار الکتریکی مثبت است.

۳)حجم هسته در مقایسه با حجم اتم بسیار کوچک است زیرا بیشتر حجم اتم را فضای خالی تشکیل می‌دهد.

۴)هسته اتم بوسیله الکترونها محاصره شده‌است.
مدل اتمی نیلز بور

او یکی از محققان موفق در این راه بود که با وجود اشتباه بودن مدل او بازهم در خیلی مکان‌ها مانند انرژی اتمی از آن استفاده می‌شود.

    اتم دارای هسته کوچک اما سنگین با بار مثبت است
    هسته در اتم در حجم کمی قرار دارد که اطراف آن الکترون‌ها بر روی مدارهایی مانند منظومه شمسی به دور آن می‌چرخند.

اطلاعات جدیدی اضافه شد:

همچنین ایشان بر این باور بودند که الکترون‌ها بر روی مدارهایی به دور هستهٔ اتم پیوسته در حال گردش اند و این نظریه علاوه بر نارسا بودن اطلاعات

سودمندی در رابطه با ساختار اتم می‌دهد , منطور از نارسا بودن این است که شکل‌های الکترون‌ها به صورت ناقص ترسیم شده می‌باشد در حالی که امروزه میدانیم

نظریه کامل تری با نام مد لایه‌ای عرضه شده‌است.
مدل اتمی جیمز چادویک

قطعا مدل اتمی بور با نقص قابل توجهی رو به رو بود،آن هم نبود نوترون یا ماده ای که دافعه ای که بین پروتون ها در مرکز هسته را از بین ببرد وجود نداشت و بنابر این چادویک بر درستی مدل منظومه شمسی نیلز بور تاکیید کرد اما نقص آن را با توضیح وجود نوترون در هسته ی اتم کامل کرد و از آن به بعد اصلاحات دیگری بر روی هسته ی اتم انجام نشده است ولی البته دانشمندان بزرگی همچون اروین شرودینگر هم بعد از او نیز نظریات اتمی زیادی دادن ولی هنوز هم کاملترین نظریه متعلق به جیمز چادویک (در رابطه با هسته اتم)است.
مدل اتمی لایه‌ای

یک مدل اتمی است که امروزه پذیرفته شده‌است ولی هنوز از مدل اتمی بور برای نمایش اتم استفاده می‌شود در این مدل مانند مدل بور هسته که عمدهٔ جرم اتم را تشکیل داده در مرکز اتم قرار دارد و الکترون‌ها با انرژی‌های مختلف به دور هسته در حال گردش هستند با این تفاوت که در این مدل الکترون‌ها به شکل ابری که ابر الکترونی نامیده شده‌است در اطراف هسته اتم ودر فضای بسیار بزرگی که قطر آن ۱۰۰۰۰ برابر قطر هستهٔ اتم است در حرکتند


شنیده شدن صدای اتم

ﻣﺤﻘﻘﺎﻥ ﺩﺍﻧﺸﮕﺎﻩ ﺻﻨﻌﺘﯽ ﭼﺎﻟﻤﺮﺯ ﺳﻮﺋﺪ ﺑﺮﺍﯼ ﻧﺨﺴﺘﯿﻦ ﺑﺎﺭ ﺍﺯ ﺻﻮﺕ ﺑﺮﺍﯼ ﺑﺮﻗﺮﺍﺭﯼ ﺍﺭﺗﺒﺎﻁ ﺑﺎ ﯾﮏ ﺍﺗﻢ ﻣﺼﻨﻮﻋﯽ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﮐﺮﺩﻧﺪ .تعامل بین اتم و نور پدیده ای شناخته شده است و به طور ﻭﺳﯿﻌﯽ ﺩﺭ ﺩﺍﻧﺶﮐﻮﺍﻧﺘﻮﻣﯽ ﺑﻪ ﮐﺎﺭ ﻣﯽﺭﻭﺩ، ﺑﺎ ﺍﯾﻦ ﺣﺎﻝ ﺩﺳﺘﯿﺎﺑﯽ ﺑﻪ ﻫﻤﺎﻥ ﻣﯿﺰﺍﻥ ﺗﻌﺎﻣﻞ ﺑﺎ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﺍﺯ ﺍﻣﻮﺍﺝ ﺻﻮﺗﯽ ﻓﺮﺁﯾﻨﺪﯼ ﭼﺎﻟﺶﺑﺮﺍﻧﮕﯿﺰﺗﺮ ﺍﺳﺖ. ﻫﻢﺍﮐﻨﻮﻥ، ﻣﺤﻘﻘﺎﻥ ﺩﺍﻧﺸﮕﺎﻩ ﭼﺎﻟﻤﺮﺯ ﻣﻮﻓﻖ ﺑﻪ ﺟﻔﺖﮐﺮﺩﻥ ﺍﻣﻮﺍﺝ ﺻﻮﺗﯽ ﺑﺎ ﯾﮏ ﺍﺗﻢ ﻣﺼﻨﻮﻋﯽ ﺷﺪﻩﺍﻧﺪ ﻭ ﺍﯾﻦ ﻣﻮﻓﻘﯿﺖ ﺑﺎ ﻫﻤﮑﺎﺭﯼ ﻓﯿﺰﯾﮑﺪﺍﻧﺎﻥ ﻧﻈﺮﯼ ﻭ ﺗﺠﺮﺑﯽ ﺣﺎﺻﻞ ﺷﺪﻩ ﺍﺳﺖ . ‏« ﭘﺮ ﺩﻟﺴﯿﻨﮓ‏» ، ﺭﻫﺒﺮ ﺗﯿﻢ ﺗﺤﻘﯿﻘﺎﺗﯽ ﺗﺠﺮﺑﯽ، ﺩﺭ ﺍﯾﻦ ﺑﺎﺭﻩ ﮔﻔﺖ : ﺑﺎ ﺻﺤﺒﺖﮐﺮﺩﻥ ﻭ ﮔﻮﺵﺩﺍﺩﻥ ﺑﻪ ﺍﺗﻢﻫﺎ ﺩﺭﯾﭽﻪ ﺟﺪﯾﺪﯼ ﺭﺍ ﺑﻪ ﺟﻬﺎﻥ ﮐﻮﺍﻧﺘﻮﻣﯽ ﮔﺸﻮﺩﻩﺍﯾﻢ. ﻫﺪﻑ ﺑﻠﻨﺪﻣﺪﺕ ‌ ﻣﺎ ﻣﻬﺎﺭﮐﺮﺩﻥ ﻓﯿﺰﯾﮏ ﮐﻮﺍﻧﺘﻮﻣﯽ ﺍﺳﺖ ﺑﻪ ﻃﻮﺭﯼ ﮐﻪ ﺑﺘﻮﺍﻧﯿﻢ ﺍﺯ ﻗﻮﺍﻧﯿﻦ ﺁﻥ ﻧﻬﺎﯾﺖ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﺭﺍ ﺑﻪ ﻃﻮﺭ ﻣﺜﺎﻝ، ﺩﺭ ﺳﺎﺧﺖ ﺭﺍﯾﺎﻧﻪﻫﺎﯼ ﺑﯽﻧﻬﺎﯾت ﭘﺮﺳﺮﻋﺖ ﺑﺒﺮﯾﻢ. ﻣﺎ ﺍﯾﻦ ﮐﺎﺭ ﺭﺍ ﺑﺎ ﺧﻠﻖ ﻣﺪﺍﺭﻫﺎﯼ ﺍﻟﮑﺘﺮﯾﮑﯽ ﺍﻧﺠﺎﻡ ﻣﯽﺩﻫﯿﻢ ﮐﻪ ﺍﺯ ﻗﻮﺍﻧﯿﻦ ﮐﻮﺍﻧﺘﻮﻣﯽ ﻃﺒﻌﯿﺖ ﻣﯽﮐﻨﺪ . ﻭﯼ ﺍﺩﺍﻣﻪ ﺩﺍﺩ: ﯾﮏ ﺍﺗﻢ ﻣﺼﻨﻮﻋﯽ ﻣﺜﺎﻟﯽ ﺍﺯ ﭼﻨﯿﻦ ﻣﺪﺍﺭ ﺍﻟﮑﺘﺮﯾﮑﯽ ﮐﻮﺍﻧﺘﻮﻣﯽ ﺍﺳﺖ ﻭ ﺩﺭﺳﺖ ﻣﺎﻧﻨﺪ ﯾﮏ ﺍﺗﻢ ﻃﺒﯿﻌﯽ ﻣﯽﺗﻮﺍﻥ ﺁﻥ ﺭﺍ ﺑﺎ ﺍﻧﺮﮊﯼ ﺷﺎﺭﮊ ﮐﺮﺩ . ﺍﯾﻦ ﺍﻧﺮﮊﯼ ﻣﻌﻤﻮﻻ ﺩﺭ ﺷﮑﻞ ﯾﮏ ﺫﺭﻩ ﺳﺎﻃﻊ ﻣﯽﺷﻮﺩ ﮐﻪ ﺍﯾﻦ ﺫﺭﻩ، ﻣﻌﻤﻮﻻ ﯾﮏ ﺫﺭﻩ ﻧﻮﺭ ﺍﺳﺖ. ﺑﺎ ﺍﯾﻦ ﺣﺎﻝ، ﺍﺗﻢ ﻣﻮﺟﻮﺩ ﺩﺭ ﺁﺯﻣﺎﯾﺶ ﺩﺍﻧﺸﻤﻨﺪﺍﻥ ﺩﺍﻧﺸﮕﺎﻩ ﭼﺎﻟﻤﺮﺯ ﺑﺮﺍﯼ ﺳﺎﻃﻊﮐﺮﺩﻥ ﻭ ﺟﺬﺏﮐﺮﺩﻥ ﺍﻧﺮﮊﯼ ﺩﺭ ﺷﮑﻞ ﺻﻮﺕ ﻃﺮﺍﺣﯽ ﺷﺪﻩ ﺑﻮﺩ . ﺟﺰﺋﯿﺎﺕ ﺍﯾﻦ ﻣﻮﻓﻘﯿﺖ ﻋﻠﻤﯽ ﺩﺭ ﻣﺠﻠﻪ Science ﻣﻨﺘﺸﺮ ﺷﺪ

اکسایش-کاهش

اُکسایــِش و کاهش (به انگلیسی: Redox) نام کلی واکنش‌های شیمیایی است که مایه تغییر عدد اکسایش اتم‌ها می‌شوند. این فرایند می‌تواند دربرگیرنده واکنش‌های ساده‌ای همچون اکسایش کربن و تبدیل آن به کربن دی‌اکسید و کاهش کربن و تبدیل آن به متان و یا واکنش‌های پیچیده‌ای چون اکسایش قند در بدن انسان طی واکنش‌های چند مرحله‌ای باشد. با کمی اغماض علمی می‌توان این فرایند را انتقال یک یا چند الکترون از یک اتم، مولکول یا یون به یک اتم، ملکول یا یون دیگر دانست. در هر واکنش اکسایش و کاهش اتم یا مولکولی الکترون از دست می‌دهد (اکسایش) و اتم یا مولکولی دیگر الکترون جذب می‌کند (کاهش) می‌یابد. در چنین واکنشی مولکول دهنده اتم اکسیده شده و ملکول گیرنده کاهیده می‌شود. در واقع تعریف ابتدایی اکسایش واکنش یک ماده با اکسیژن و ترکیب شدن با آن بوده‌است، اما با کشف الکترون اصطلاح اکسایش دقیق‌تر تعریف شد و کلیه واکنش‌هایی که طی آن ماده‌ای الکترون از دست می‌دهد اکسایش نامیده شدند. اتم‌اکسیِژن می‌تواند در چنین واکنشی شرکت داشته یا نداشته باشد.

در اثر اکسایش عدد اکسایش معمولی یک اتم یا اتم‌های یک مولکول در پی حذف الکترون‌ها افزایش می‌یابد. برای نمونه آهن (II) می‌تواند به آهن (III) اکسید شود.

-Fe2+ → Fe3+ + e

محتویات

    ۱ عامل اکساینده و عامل کاهنده
    ۲ موازنه واکنش‌های اکسایش و کاهش
    ۳ روش یون - الکترون
        ۳.۱ مثال
    ۴ روش عدد اکسایش
    ۵ جستارهای وابسته
    ۶ منابع
    ۷ پیوند به بیرون

عامل اکساینده و عامل کاهنده
دو بخش واکنش اکسایش و کاهش.
زنگ زدن آهن.

اکسایش و کاهش به تنهایی انجام پذیر نیستند. چون یک ماده نمی‌تواند کاهیده شود مگر آن که هم‌زمان ماده‌ای دیگر، اکسیده گردد، ماده کاهیده شده، عامل اکسایش است و بنابراین عامل اکسنده نامیده می‌شود و ماده‌ای که خود اکسید می‌شود، عامل کاهنده می‌نامیم. همچنین در هر واکنش، مجموع افزایش اعداد اکسایش برخی عناصر، باید برابر مجموع کاهش شماره اکسایش عناصر دیگر باشد. برای نمونه در واکنش گوگرد و اکسیژن، افزایش شماره اکسایش گوگرد، ۴ است. کاهش شماره اکسایش، ۲ است، چون دو اتم در معادله شرکت دارد، کاهش همه، ۴ است.
موازنه واکنش‌های اکسایش و کاهش

واژهٔ اکسایش، ابتدا در مورد واکنش‌هایی به کار گرفته می‌شد که در آنها مواد با اکسیژن ترکیب می‌شدند، و کاهش نیز به صورت حذف یک اکسیژن از یک ترکیب اکسیژن دار تعریف می‌شد. اما معنی این واژه‌ها به تدریج گسترش یافت. امروزه، اکسایش و کاهش، بر مبنای تغییر عدد اکسایش تعریف می‌شوند. اکسایش فرایندی است که در آن عدد اکسایش یک اتم افزایش می‌یابد و کاهش فرایندی است که در آن عدد اکسایش یک اتم کاهش می‌یابد. برای مثال در واکنش زیر اتم S اکسیده شده (پس کاهنده‌است) و اتم O کاهیده شده (پس اکسنده‌است) است. چون که عدد اکسایش اتم S از صفر به 4+ و عدد اکسایش اتم O از صفر به 2- تغییر کرده‌است.
S+O_2 \to SO_2

و همچنین واکنش زیر شامل اکسایش - کاهش نیست، چونکه عدد اکسایش هیچ اتمی تغییر نکرده‌است:
SO_2 + H_2 O \to H_2 SO_3

معمولاً موازنه واکنش‌هایی که شامل اکسایش - کاهش که کاکس نامیده می‌شود، دشوارتر از موازنهٔ واکنش‌هایی است که شامل اکسایش - کاهش نیست. برای موازنهٔ واکنش‌های اکسایش - کاهش از دو روش متداول استفاده می‌شود :

    روش یون - الکترون
    روش عدد اکسایش

روش یون - الکترون
آتش‌گیری شامل واکنش اکسایش و کاهش است که رادیکال‌های آزاد در آن نقش دارند..

    معادله را به دو معادلهٔ جزیی تقسیم می‌کنیم. اتم‌هایی را که عدد اکسایش خود را در هر یک از معادله‌های جزیی تغییر می‌دهند، موازنه می‌کنیم.
    اتم‌های O و H را در هر یک از معادله‌های جزیی موازنه می‌کنیم.

    برای واکنشهایی که در محلول اسیدی انجام می‌شوند :

الف) برای اتم O مورد نیاز، یک H_2 O به آن طرف معادلهٔ جزئی که کمبود O دارد، اضافه می‌کنیم.

ب) و H را هم با افزودن H^+، موازنه می‌کنیم.

    برای واکنش‌هایی که در محلول بازی انجام می‌شوند :

الف) برای هر اتم O مورد نیاز، یک H_2 O به آن طرف معادلهٔ جزئی که کمبود O دارد اضافه می‌کنیم.

ب) به ازای هر اتم H مورد نیاز، یک H_2 O به ان طرف معادلهٔ جزئی که کمبود H دارد اضافه می‌کنیم و یک OH^- نیز در سمت مقابل قرار می‌دهیم.

    به هر یک از معادله‌های جزئی الکترون اضافه می‌کنیم تا بار خالص در سمت چپ معادله با بار خالص در سمت راست معادله برابر شود.
    در صورت لزوم یکی یا هر دو معادلهٔ جزئی را در عددی ضرب می‌کنیم تا تعداد الکترون‌های گرفته شده درمعادله جزئی دیگر برابر شود.
    معادله‌های جزئی را با هم جمع می‌زنیم، همچنین عبارت‌های مشترک در دو طرف معادله نهایی را جذف می‌کنیم.

مثال

واکنش زیر را که در محلول اسیدی انجام می‌شود را موازنه می‌کنیم :
MnO_4^- + As_4 O_6 \to Mn^{2+} + H_3 AsO_4

    معادله را به دو معادلهٔ جزئی تقسیم می‌کنیم و اتم‌های را در هر کدام موازنه می‌کنیم :

MnO_4^- \to Mn^{2+}
As_4 O_6 \to 4H_3AsO_4

    اولین معادلهٔ جزئی را می‌توان با افزودن 4H_2 O به سمت راست و 8H^+ به سمت چپ، موازنه کرد. در معادلهٔ جزئی دوم باید 10H_2 O به سمت چپ اضافه شود تا تعداد اکسیژن موازنه شود و همچنین با اضافه کردن 8H^+ به سمت راست، تعداد هیدروژن هم موازنه می‌شود :

8H^+ + MnO_4^- \to Mn^{2+} + 4H_2 O
10H_2 O + As_4 O_6 \to 4H_3 AsO_4 + 8H^+

    حال بار الکتریکی خالص را در طرفین موازنه می‌کنیم :

5e^- + 8H^+ + MnO_4^- \to Mn^{2+} + 4H_2 O
10H_2 O + As_4 O_6 \to 4H_3 AsO_4 + 8H^+ + 8e^-

    اولین معادله را در 8 و دومی را در 5 ضرب می‌کنیم :

40e^- + 64H^+ + 8MnO_4^- \to 8Mn^{2+} + 32H_2 O
50H_2 O + 5As_4 O_6 \to 20H_3 AsO_4 + 40H^+ + 40e^-

    حالا معادله‌ها را با هم جمع می‌زنیم و عبارت‌های مشترک را در دو طرف، حذف می‌کنیم :

24H^+ + 18H_2 O + 5As_4 O_6 + 8MnO_4^- \to 20H_3 AsO_4 + 8Mn^{2+}
روش عدد اکسایش

در روش عدد اکسایش برای موازنه کردن واکنش‌های اکسایش - کاهش، سه مرحله وجود دارد. معادلهٔ واکنش نیتریک اسید و هیدروژن سولفید را برای نمایش این روش به کار می‌گیریم. معادلهٔ واکنش موازنه نشده به قرار زیر است :
HNO_3 + H_2 S \to NO + S + H_2 O

    عدد اکسایش اتم‌ها را برای شناسایی اتم‌هایی که دست خوش اکسایش - کاهش می‌شوند، تعیین می‌کنیم. که به این ترتیب نیتروژن کاهیده شده (از 5+ به 2+، کاهشی برابر 3) و گوگرد اکسیده شده (از 2- به صفر، افزایشی برابر 2) است.
    ضرایب به گونه‌ای اضافه می‌شوند که کاهش کل و افزایش کل در عدد اکسایش برابر شود. افزایشی برابر با 2 و کاهشی برابر با 3 داریم که در معادلهٔ موازنه نشده آمده‌است. کوچکترین حاصلضرب مشترک 3 و 2 عدد 6 است. در نتیجه 2HNO_3 و 2NO (برای کاهش کل 6) و 3H_2 S و 3S (برای افزایش کل 6) به کار می‌گیریم :

2HNO_3 + 3H_2 S \to 2NO + 3S + H_2 O

توجه داریم که اکنون هشت اتم هیدروژن در سمت چپ معادله داریم. با قرار دادن 4H_2 O در سمت راست، می‌توان به همان تعداد اتم H رسید :
2HNO_3 + 3H_2 S \to 2NO + 3S + 4H_2 O

گلوتاتیون

گلوتاتیون یک ترکیب پروتئینی کوچک است که از سه آمینو اسید سیستئین، اسید گلوتامیک و گلیسین ساخته شده‌است.[۲] به دلیل استفاده از سه آمینو اسید در ساختار این پروتئین به آن تری پپتید هم می گویند.[۳] در این پروتئین، بین گروه آمینی آمینو اسیدسیستئین که به طور معمول به آمینو اسید گلیسین متصل است با گروه کربوکسیل زنجیرهٔ اسید گلوتامیک یک پیوند پپتیدی غیر معمول وجود دارد.[۴] این ماده به طور طبیعی در کبد انسان بر اثر ترکیب این سه اسید آمینه به وجود می‌آید.[۳] گلوتاتیون یک آنتی اکسیدانت قوی است و باعث محافظت اجزای مهم سلولی در برابر واکنش با گروه‌های عاملی اکسیژن دار مانند رادیکاه‌های آزاد و پراکسیدها می‌شود. ترکیبات سمی دارای رادیکال آزاد، معمولاً با گلوتاتیون ترکیب شده و از بدن خارج می‌شوند.

معمولاً گروه تیول در گلوتاتیون بصورت کاهیده می‌باشد.

جیوه

جیوه یا سیماب نام یک عنصر شیمیایی با نماد Hg و عدد اتمی ۸۰ است. جیوه در زبان‌های دیگر با نام‌های نقرهٔ زنده یا hydrargyrum هم شناخته می شود. در یونانی "hydr" به معنی آب و "argyros" به معنی نقره است. جیوه یک عنصر سنگین بلوک دی است و تنها فلزی است که در شرایط استاندارد دما و فشار مایع است. عنصر دیگری که در این شرایط مایع باشد، برم است. فلزهای دیگر مانند سزیم، فرانسیم، گالیم و روبیدیم در دمایی بالاتر از شرایط استاندارد ذوب می‌شوند. جیوه با دمای ذوب −۳۸٫۸۳ °C و نقطهٔ جوش ۳۵۶٫۷۳ °C دارای درازترین بازهٔ مایعی در میان فلزات است.[۱][۲][۳]

رسوب‌های جیوه در سراسر زمین پیدا می‌شود، اما بیشتر به صورت شنگرف (سولفیدهای جیوه) این رنگدانهٔ قرمز شنگرفی بیشتر از راه کاهش شنگرف بدست می‌آید. شنگرف بسیار سمّی است بویژه اگر گرد و غبار آن بوییده یا خورده شود. راه دیگر مسمویت جیوه قرار گرفتن در برابر ترکیب‌های حل شدنی جیوه در آب است مانند کلرید جیوه(II) یا متیل‌جیوه، تنفس بخار جیوه یا خوردن خوراک‌های دریایی آلوده به جیوه.

جیوه در دماسنج، فشارسنج (بارومتر، مانومتر)، فشارسنج خون، کلید جیوه‌ای، شیرهای شناور و دیگر ابزارها. البته به دلیل زهرآگین بودن این عنصر، تلاش شده تا از فشارسنج‌های خون و دماسنج‌های جیوه‌ای در بیمارستان‌ها پرهیز شود و بجای آن از ابزارهای الکلی، آلیاژهای اوتکتیک مانند گالینستان، ابزارهای الکترونیکی یا با پایهٔ ترمیستور بهره برده شود. اما همچنان کاربرد جیوه در زمینهٔ پژوهش و ساخت مواد آمالگام دندانی برای پرکردن دندانها پابرجا است. جیوه کاربرد نوری هم دارد: اگر جریان الکتریسیته از بخار جیوهٔ درون یک لولهٔ فسفری گذرانده شود، موج‌های کوتاه فرابنفش پدید می‌آید در اثر این موج‌ها فسفر به درخشش می‌افتد و نور مرئی تولید می‌شود (مانند لامپ مهتابی).

محتویات

    ۱ ویژگی‌ها
        ۱.۱ فیزیکی
        ۱.۲ شیمیایی
            ۱.۲.۱ ملغمه
        ۱.۳ ایزوتوپ
    ۲ گذشته
    ۳ پیدایش
    ۴ ترکیب‌های شیمیایی
    ۵ تاثیر جیوه بر سلامتی
        ۵.۱ نشانه‌های تماس با جیوه
        ۵.۲ افراد در معرض خطر
        ۵.۳ درمان
    ۶ جستارهای وابسته
    ۷ منابع
    ۸ پیوند به بیرون

ویژگی‌ها
فیزیکی
سکهٔ یک پوندی (با چگالی ۷٫۶ g/cm۳) به دلیل نیروهای کشش سطحی و شناوری بر روی جیوه شناور می‌ماند.

جیوه فلزی سنگین و سفید-نقره‌ای است. نسبت به دیگر فلزها رسانایی گرمایی پایینی دارد اما رسانای خوب جریان برق است.[۴] به عنوان یک فلز بلوک دی دارای نقطهٔ ذوب بسیار پایینی است. توضیح این ویژگی به دانش مکانیک کوانتوم نیازمند است. اما کوتاه شده می توان چنین توضیح داد: جایگیری الکترون‌ها به دور هستهٔ جیوه از ترتیب ۱s, ۲s, ۲p, ۳s, ۳p, ۳d, ۴s, ۴p, ۴d, ۴f, ۵s, ۵p, ۵d, ۶s پیروی می‌کند. چنین جایگیری الکترون‌ها به سختی آمادهٔ ازدست دادن الکترون می‌شود برای همین از این نظر جیوه مانند گازهای نجیب رفتار می‌کند، پس پیوندهای درونی ضعیف است و نقطهٔ ذوب پایینی دارد (به آسانی ذوب می‌شود) پایداری تراز ۶s به دلیل وجود تراز پُرشدهٔ ۴f است. نبود تراز پایین تر f در عنصرهایی مانند کادمیم و روی دلیل داشتن نقطهٔ ذوب بالاتر این عنصرها است. یادآوری می‌شود که هر دوی این عنصرها به آسانی ذوب می‌شوند و افزون بر این به گونهٔ نامعمولی نقطهٔ جوش پایینی دارند. فلزهایی مانند طلا نسبت به جیوه اتم‌هایی با یک الکترون کمتر در 6s دارند. چنین الکترون‌هایی آسان تر جدا می‌شوند و میان اتم‌های طلا به اشتراک گذاشته می‌شوند و پیوندهای فلزی برقرار می‌کنند.[۲][۵]
شیمیایی

جیوه با بیشتر اسیدها واکنش نمی‌دهد، مانند اسید سولفوریک رقیق. هرچند که اسیدهای اکسیدکننده مانند اسید سولفوریک غلیظ و اسید نیتریک یاتیزاب سلطانی جیوه را حل می‌کند سولفات، نیترات و کلرید جیوه(II) را برجای می‌گذارد. مانند نقره با سولفید هیدروژن هوا واکنش می‌دهد. جیوه حتی با تکه‌های کوچک جامد گوگردی هم واکنش می‌دهد. این مواد در کیت‌های نشت جیوه برای جذب بخارهای جیوه به کار می‌رود.[۶]
ملغمه
Mercury-discharge spectral calibration lamp

به هر آلیاژی از جیوه، ملغمه گفته می‌شود. به عبارت دیگر ملغمه همان جیوه-فلز است که می‌تواند مایع یا جامد باشد. جیوه می‌تواند با طلا، روی و بسیاری از فلزهای دیگر ملغمه بسازد. آهن یک استثنا است برای همین به صورت سنتی برای تجارت جیوه از ظرف‌های آهنی بهره برده می‌شد. فلزهای دیگر که با جیوه ملغمه نمی‌سازند عبارتند از تانتالیم، تنگستن و پلاتین. ملغمهٔ سدیم یک عامل کاهندهٔ پرکاربرد در ساخت مواد آلی است. همچنین در لامپ‌های سدیمی فشاربالا هم بکار می‌آید.

هنگامی که جیوه و آلومینیم خالص در تماس با هم قرار گیرند به آسانی با هم ترکیب می‌شوند و ملغمهٔ آلومینیم-جیوه را می‌سازند. اکسید آلومینیم که پوشش محافظ آلومینیم در برابر اکسیدشدگی است در برابر این ملغمه به آسانی از میان می‌رود برای همین حتی اندازه‌های اندک جیوه هم برای آلومینیم بسیار خورنده‌است. به این دلیل در بیشتر شرایط اجازهٔ ورود جیوه به درون هواپیما داده نمی‌شود.[۷]
ایزوتوپ
نوشتار اصلی: ایزوتوپ‌های جیوه

جیوه هفت ایزوتوپ دارد که فراوان ترین آن‌ها ۲۰۲Hg است (۲۹٫۸۶٪). ۱۹۴Hg با نیمه‌عمر ۴۴۴ سال و پس از آن ۲۰۳Hg با نیمه‌عمر ۴۶٫۶۱۲ روز دارای درازترین نیمه‌عمر در میان ایزوتوپ‌های پرتوزای جیوه‌اند. غیر از این دو، بیشتر ایزوتوپ‌ها دارای نیمه‌عمری کمتر از یک روز اند. ۱۹۹Hg و ۲۰۱Hg به ترتیب با اسپین‌های 1⁄۲ و ۳⁄۲ ایزوتوپ‌هایی اند که بیشترین پژوهش تشدید مغناطیسی هسته-هستهٔ فعال بر روی آن‌ها صورت گرفته‌است.[۴]
گذشته
نماد سیارهٔ جیوه (☿) که از دوران باستان برای اشاره به این عنصر بکار برده می‌شد.

گذشتهٔ جیوه به سال ۱۵۰۰ پیش از میلاد باز می‌گردد. دیرینه ترین نشانه از این عنصر در آرامگاه‌های مصر باستان پوده‌است.[۸]

مردم در چین و تبت گمان می‌کردند که جیوه باعث درازی عمر، درمان آسیب‌ها و درمجموع، سلامتی بهتر افراد می‌شود.[۹] تا آنجا که در افسانه‌ها گفته شده یکی از شاهان چین به نام چین شی هوان در آرمگاهی از سرزمینش به خاک سپرده شده که رودهایی از جیوه را دربرداشته به عنوان نمادی از رودهای چین. این پادشاه خود در اثر نوشیدن آمیخته‌ای از جیوه و گَرد یشم سبز که کیمیاگران دربار دودمان چه‌این آن را درست کرده بودند، کشته شده بود. او گمان می‌کرد با نوشیدن این معجون، جاودان خواهد شد. او با نوشیدن این معجون دچار نارسایی کبدی، مسمویت جیوه و در پایان مرگ مغزی شده بود.[۱۰][۱۱]

در یونان باستان جیوه به عنوان یک مرهم یا روغن کاربرد داشت. مصریان و رومیان باستان هم از آن به عنوان ابزار آرایشی که گاهی باعث دگرگونی چهره می‌شود، بهره می‌بردند. در لامانه، یکی از شهرهای اصلی تمدن مایا یک استخر جیوه پیدا شده بود که در زیر یک زمین بازی (با توپ) در آمریکای میانه جای داشت.[۱۲][۱۳] تا سال ۵۰۰ پیش از میلاد، جیوه در ساخت ملغمه، آلیاژی با دیگر فلزات به کار برده می‌شد.[۱۴]

کیمیاگران گمان می‌کردند جیوه نخستین مادهٔ جهان بوده و دیگر فلزها از آن پدید آمده‌اند. آن‌ها بر این باور بودند که می توان با تغییر کیفیت و کمیت گوگرد افزوده شده به جیوه، فلزهای گوناگون را پدید آورد. همچنین این باور وجود داشت که خالص ترین فلزها، طلا است برای همین در تلاش شان در دگرگونی فلزهای ناخالص به طلا از جیوه بهره می‌بردند. به انجام رسانیدن چنین واکنشی، آرزوی دیرینهٔ بسیاری از کیمیاگران بود.[۱۵]

آلمادن در اسپانیا، مونته آمیاتا در ایتالیا و ایدریا در اسلونی امروزی معدن‌های اصلی جیوه بوده‌اند. نزدیک به ۲۵۰۰ سال از عمر معدن آلمادن می‌گذرد.[۱۶]
پیدایش

    همچنین ببینید: رده:کانی‌های جیوه و رده:معدن‌های جیوه

خروجی جیوه در سال ۲۰۰۵

جیوه عنصری به شدت کمیاب در پوستهٔ زمین است. فراوانی آن در پوسته برپایهٔ جرم ۰٫۰۸ بخش در میلیون (ppm) است.[۱۷] البته چون این عنصر از دیدگاه زمین‌شیمی با عنصرهایی که بیشترین فراوانی را در پوسته دارند ترکیب نمی‌شود به همین دلیل سنگ معدن‌های جیوه نسبت به سنگ‌های معمولی دارای غلظت بالایی از این عنصرند. داراترین سنگ معدن‌های این عنصر تا ۲٫۵٪ جرمی و فقیرترین آن‌ها دست کم ۰٫۱٪ جیوه دارند (۱۲،۰۰۰ برابر فراوانی میانگین جیوه در پوسته). جیوه هم به صورت یک فلز (کمیاب) و هم در کنار عنصرهای دیگر در کانی‌هایی مانند شنگرف، کوردرویت، لیوینگ ستونیت و... پیدا شده‌است. HgS یا شنگرف معمول ترین سنگ معدن جیوه‌است.[۱۸] سنگ معدن‌های جیوه بیشتر در کمربندهایی که سنگ‌هایی با چگالی بالا با نیروی بزرگی به بیرون پوسته هُل داده شده‌اند پیدا می‌شود بویژه در فصل‌های داغ یا ناحیه‌های آتشفشانی.[۱۹]

از سال ۱۵۵۸ با بدست آوردن فرایندی که در آن بتوان با کمک جیوه، نقره را از سنگ معدنش بیرون کشید، جیوه ارزش بالایی در اقتصاد اسپانیا و سرزمین‌های آمریکایی زیر پوشش پیدا کرد. در اسپانیای نو و پرو این ارزش بیشتر دیده می‌شد. در آغاز معدن آلمادن در جنوب اسپانیا، فراهم کنندهٔ همهٔ جیوهٔ مورد نیاز اسپانیایی‌ها بود.[۲۰] در بازهٔ سه سده بیش از ۱۰۰،۰۰۰ تُن جیوه از معدن‌ها بیرون کشیده شد و روند نیاز به جیوه تا پایان سدهٔ ۱۹ برای بدست آوردن نقرهٔ بیشتر همچنان ادامه داشت.[۲۱]
شنگرف، سنگ معدن جیوه، معدن سوکریتس، شهرستان سونومای کالیفرنیا. در جاهایی که رسوب‌های جیوه به صورت اکسیدی اند، از شنگرف با عنوان سنگ مادر جیوه یاد می‌شود.

پس از اسپانیا در ایتالیا، آمریکا، مکزیک و اسلوونی هم معدن‌های مهم جیوه پیدا شد و به بهره برداری رسید. اما امروز در بسیاری از این معدن‌ها بسته‌است. برای نمونه معدن مک‌درمیت در نوادا که آخرین معدن آمریکا بود در سال ۱۹۹۲ بسته شد. بسیاری از این بسته شدن‌ها به دلیل افت ارزش جیوه بوده‌است. ارزش جیوه در سال‌های گوناگون بسیار بالا و پایین شده برای نمونه در سال ۲۰۰۶ ارزش جیوه برای هر فلاسک، برابر با ۷۶ پوند یا ۳۴٫۴۶ کیلوگرم، ۶۵۰ دلار بوده‌است.[۲۲]

با حرارت دادن شنگرف در برابر جریان هوا و سپس متراکم کردن بخار آن به جیوه می‌رسیم. این واکنش به ترتیب زیر است:

    HgS + O۲ → Hg + SO۲

در سال ۲۰۰۵ چین بزرگترین تولیدکنندهٔ جیوه بود.[۲۳] گمان آن می‌رود که کشورهای دیگر هم با کمک فرایندهای الکتریکی استخراج، تولیدکنندهٔ جیوه بوده‌اند اما داده‌ای را ثبت نکرده‌اند.

به دلیل سمی بودن بالای جیوه، هم در فرایند معدن کاری و هم در جداسازی، آسیب‌های فراوانی از این ماده در گذشته تا کنون به جای مانده‌است.[۲۴] به همین دلیل در دههٔ ۱۹۵۰ شرکت‌های خصوصی در اردوگاه‌های کار اجباری از زندانیان برای کندن معدن‌های جیوه استفاده می‌شد. هزاران زندانی به کار گرفته می‌شدند تا تونل‌های تازه بکنند.[۲۵] افزون بر این سلامتی کارگران در هنگام کار در معدن به شدت در خطر بود.

اتحادیهٔ اروپا در سال ۲۰۱۲ به دلیل نیازش به لامپ‌های مهتابی چین را به بازگشایی معدن‌های مرگبارش تشویق می‌کرد تا جیوهٔ مورد نیاز آن‌ها فراهم شود. با این روند محیط زیست در برابر خطرهای جدی قرار می‌گرفت بویژه در منطقه‌های جنوبی فوشان و گوانگ‌ژو، و در استان گوئیژو در جنوب غرب.[۲۵]

معدن‌های جیوه که پس از بهره برداری رها شده‌اند دارای توده‌های بزرگ و خطرناک شنگرف حرارت داده شده‌اند. بررسی‌ها نشان داده که آبی که از این منظقه‌ها می‌گذرد بسیار برای طبیعت آسیب رسان است. برای همین تلاش می‌شود تا از این منطقه‌ها به گونهٔ ویژه‌ای دوباره بهره برداری شود. برای نمونه در سال ۱۹۷۶ شهرستان سانتا کلارا یک معدن کهنه را خرید و در آن یک پارک محلی درست کرد و البته برای پاک سازی محیطی و امنیت آن بسیار هزینه کرد.[۲۶]
ترکیب‌های شیمیایی

    همچنین ببینید:رده:ترکیب‌های جیوه

جیوه دارای دو ظرفیت ترکیبی مهم است، جیوه (I) و (II). البته جیوه‌های با ظرفیت بالاتر هم شناسایی شده‌است اما چندان مهم نیستند. برای نمونه فلوئورید جیوه (IV) ترکیبی است که در شرایط بسیار ویژه بدست می‌آید.[۲۷]
تاثیر جیوه بر سلامتی

خطرات استفاده از جیوه توسط مصریان باستان که از بردگان جهت کار در معادن جیوه استفاده می‌کردند، کشف شده بود. احتمالاً به خاطر سمّی بودن ملغمهٔ جیوه در استخراج طلا، بردگانی که در معادن شنگرف (HgS) رومی‌ها کار می‌کردند، بعد از ۶ ماه می‌مردند. از اوایل سدهٔ هجدهم میلادی توجه دانشمندان به احتمال روبرویی شغلی و تماس افراد عادی با جیوه جلب شد. انواع ترکیبات جیوه، سمیّت متفاوتی دارند، ترکیباتی مانند فنیل مرکور و الکوکسی الکیل، کمترین میزان آسیب، و ترکیبات الکیل جیوه بیش ترین آسیب را می رسانند.

جیوه از راه تنفس، گوارش و نیز از طریق پوست قابل جذب می‌باشد، بخار جیوه به دستگاه اعصاب مرکزی تمایل دارد، اما هدف اصلی Hg+۲ کلیه‌ها و کبد است. تا کنون مدارک محدودی در ارتباط با سرطانزا بودن جیوه ارائه شده‌است.

مطالعات جهانی نشان می‌دهند که در نتیجهٔ تماس مستقیم یا استنشاق بخارات جیوه، اختلالات مختلفی به وجود می‌آید که برخی از آن‌ها عبارتند از: اختلال دستگاه خود-ایمنی، اختلال در عملکرد کلیه، ناباروری، تاثیرات منفی روی جنین، مشکلات رفتاری– عصبی، ناکارآمدی قلبی، آلزایمر، تاثیرات مخرب بر دستگاه عصبی مرکزی و محیطی، تاثیرات چشمی، مشکلات دهانی، نارسایی حاد تنفسی، درماتیت، دمانس، تهوع، استفراغ، اسهال، درد شکم، همانوری، کونژکتیویت، برونشیت، پنومونی، ورم ریه، تب بخار فلزی و اختلالات نوروسایکوتیک، اثر بر روی غده تیروئید، تولید مثل و سمیت ژنی.

استنشاق ۱ mg/m۳ بخار جیوه به ریه‌ها، کلیه‌ها و دستگاه عصبی آسیب زده و باعث تحریک پذیری شدید، بی ثباتی احساس، لرزش، کاهش وزن، ورم لثه، سردرد، کاهش رشد، التهاب ریه و آماس پوست می‌شود. این عوارض ممکن است در جمعیت‌های عمومی در مواجهه با ۱/۰ mg/m۳ نیز مشاهده گردد.

پس از بخار جیوه، متیل جیوه خطرناک ترین شکل جیوه‌است. استفاده از متیل جیوه به عنوان قارچ‌کش برای محافظت دانه‌ها سبب کاهش قابل ملاحظه پرندگانی شد که از این دانه‌ها مصرف کرده بودند و همچنین صدها مرگ در عراق و آمریکا از مصرف نانی که دانه‌های گندم آن با متیل جیوه در تماس بوده گزارش شده‌است. ورود سمی ترین شکل جیوه یعنی متیل جیوه به بدن انسان، بیماری میناماتا ایجاد می‌کند. این بیماری نخستین بار در دههٔ ۱۹۵۰ در خلیج میناماتای ژاپن مشاهده شد. بروز این بیماری در انسان با عوارض گوناگون عصبی از جمله اختلال در حواس پنج گانه، بروز آلزایمر در سنین پیری و در موارد حاد با مرگ بیمار، همراه‌است. متیل جیوه نسبت به نمک‌های Hg+۲ سمّ قوی تری است، زیرا علاوه بر انحلال‌پذیری در بافت چربی، قابلیت تجمع و بزرگ‌نمایی زیستی دارد. همچنین می‌تواند از سد خونی- مغزی و جفت جنین عبور کند.

فرایند متیل‌دار شدن جیوه در ته‌نشست‌های گل‌آلود رودخانه‌ها و به ویژه در شرایط ناهوازی توسط متیل کوبالامین صورت می‌گیرد. بیشتر جیوهٔ موجود در بدن انسان به صورت متیل جیوه بوده و اغلب از طریق خوردن ماهی وارد بدن انسان می‌شود. متیل جیوه از راه دستگاه گوارش به ویژه در دستگاه عصبی مرکزی و کلیه‌ها توزیع شده و به صورت اختلالات عصبی تأخیری تظاهر می‌کند. برخی از این اختلالات عبارتند از: آتاکسی، پاراستزی، لرزش، کاهش بینایی، شنوایی، بویایی و چشایی، از دست دادن حافظه، دمانس پیش رونده، نکروز کانونی، تخریب سلول‌های گلیال، اختلالات حرکتی و مرگ.

دستگاه عصبی احتمالاً حساس¬ترین ارگان در برابر تماس با بخارات جیوه‌است. طیف وسیعی از اختلالات تنفسی، روانی، قلبی عروقی، معده‌ای روده‌ای، تولید مثلی، کبدی، کلیوی، خونی، پوستی، اسکلتی- عضلانی ایمونولوژیکی، حسی و ادراکی و ژنوتوکسیک از اثرات جیوه می‌تواند باشد.
نشانه‌های تماس با جیوه

نشانه‌های اولیه

    تاری دید
    تحریک پذیری
    سوزش، خارش پوست
    التهاب لثه‌ها
    زخمی شدن دهان
    راه افتادن آب دهان

نشانه‌های بعدی

    بی حسی و سوزش
    لرزش یا ترمور
    فقدان هماهنگی
    اُفت بینایی و شنوایی
    تنگی نفس

افراد در معرض خطر

    کودکان و به ویژه در دوران جنینی
    جمعیت‌هایی که مرتب ماهی و غذاهای دریایی مصرف می‌کنند.
    دندانپزشکان
    کارگران کارخانه‌هایی که در محل کار با جیوه روبرویند.

درمان

قطع فوری تماس، درمان‌های حمایتی و درمان با ترکیبات کلیتور (شلاتور)، راه‌های اصلی درمان مسمومیت با جیوه می‌باشند. جیوه فلزی با کلیتورها واکنش نمی‌دهد، مع‌ذلک حدود ۸۰٪ جیوه فلزی در بدن به Hg+۲ اکسید شده و به کلیتورها جواب می‌دهد. در مقایسه با سایر فلزات سنگین، استفاده از EDTA در درمان مسمومیت با جیوه، نسبت به ترکیبات دارای گروه سولفیدریل از اهمیت زیادی برخوردار نیست. ترکیبات منو تیول مانند گلوتاتیون، سیستئین، پنی سیلامین و مشتق N-استیله آن‌ها قادر به حذف جیوه از پروتئین‌ها و مولکول‌های زیستی می‌باشند. ترکیبات دی تیول مانند BAL (I,II دی مرکاپتوپروپانول) یا DMSA (دی مرکاپتوسوکسینیک اسید) با ایجاد یک ساختار ۵ ضلعی محکم، به عنوان کلیتورهای مؤثر در درمان مسمومیت با جیوه کاربرد دارند.

با توجه به این که این فلز خطرناک ممکن است از طریق مغازه‌ها، وسائلی مانند فشارسنج و ترمومتر به صورت ناخواسته در دسترس اطفال قرار گیرد، لذا لازم است اطلاع رسانی مناسب در زمینه خطرات و رعایت اصول کار با جیوه و ترکیبات آن مورد توجه بیش تری قرار گیرد.

آلیاژ

آلیاژ مخلوط یا محلول جامد فلزی متشکل از یک فلز اصلی که آن‌را فلز پایه می‌گویند با یک یا چند عنصر فلزی و یا غیرفلزی است.[۱] آلیاژ معمولاً خواصی متفاوت از عناصر تشکیل دهنده خود دارد. بسته به میزان همگنی در اختلاط عناصر، آلیاژ می‌تواند تک فاز یا چند فازی باشد. هدف از آلیاژسازی، تغییر و بهبود خواص ماده مانند چقرمگی، استحکام، سختی و غیره‌ست. خواص فیزیکی آلیاژ با نمودار فازی توصیف می‌شود.

معمولاً آلیاژها بر اساس درصد وزنی عناصر موجودشان گزارش می‌شوند. بر اساس تعداد عناصر، آلیاژ را دوتایی، سه‌تایی و غیره می‌نامند. برای بیان یک آلیاژ مشخص با دامنه متغیر از درصد عناصر، اصطلاح سیستم بکار می‌رود. مثلاً، فولاد سیستم آلیاژی دوتایی از آهن و کربن است که در این سیستم آلیاژی دامنه کربن بین ۰.۰۲ تا ۲.۱۴ درصد قابل‌تغییر است.

به محلول جامدی که حداقل یکی از اجزای آنها فلز بوده و خواص فیزیکی وشیمیایی فلزی داشته باشند، آلیاژ فلزی و به محلول‌های جامدی که حداقل یکی از اجزای آن‌ها سرامیکی بوده و خواص سرامیکی داشته باشند، آلیاژ سرامیکی گفته می‌شود.

محتویات

    ۱ تاریخچه
        ۱.۱ مفرغ
    ۲ ویژگی‌های آلیاژها
    ۳ انواع آلیاژها
        ۳.۱ آلیاژهای آهنی
            ۳.۱.۱ فولاد
            ۳.۱.۲ چدن
        ۳.۲ آلیاژهای غیرآهنی
            ۳.۲.۱ ملغمه نقره
    ۴ جستارهای وابسته
    ۵ منابع

تاریخچه

تولید آلیاژها سابقه‌ای طولانی دارد و شاید به زمانی برسد که انسان فلز را شناخت. اولین آلیاژها از فلزاتی ساخته شدند که در دسترس انسان و فراوان بودند. مس، قلع، سرب و روی از اولین فلزاتی بودند که انسان از آن‌ها آلیاژ ساخت.
مفرغ
نوشتار اصلی: مفرغ

مفرغ نخستین آلیاژی است که بشر ساخته است؛ احتمالاً از ترکیب اتفاقی مس و قلع به صورت مذاب و سرد کردن مخلوط‌شان. این آلیاژ چون سخت‌تر از هردو فلز مس و قلع بود، برای ساختن چاقو و نیزه و مانند آن به کار رفت. پس از آن هم انواع مختلفی از آلیاژها به دست بشر ساخته شد و با توجه به نیاز و ویژگی‌های‌شان مورد استفاده قرار گرفت. یکی از پرکاربردترین آن‌ها، آلیاژ برنج است که ترکیبی است از مس و روی. این آلیاژ به سبب سختی زیاد از دیرباز مورد استفاده بوده است.[۲]
ویژگی‌های آلیاژها

در برخی از آلیاژها پس از آمیخته شدن عناصر تشکیل دهنده آلیاژ، خواص تمام عناصر تشکیل‌دهنده در آلیاژ تشکیل شده مشاهده می‌شود. درست مانند حل شدن نمک در آب، یکی از عناصر در دیگری فقط حل می‌شود. اما در برخی از آلیاژها، فلزها چنان در هم می‌آمیزند که آرایش ذرات آن‌ها دگرگون شده و یک ترکیب شیمیایی به دست می‌آید. آلیاژها از ذرات بسیار کوچکی تشکیل شده‌اند. برخی از این ذرات به هم می‌پیوندند و مجموعه‌هایی پدید می‌آورند که به آن‌ها دانه گفته می‌شود. اندازه این دانه‌ها در خواص بعدی آلیاژها بسیار تاثیرگذارند. همچنین اندازه دانه‌ها به عواملی همچون میزان حرارت داده شده به مواد تشکیل‌دهنده و سرعت سرد کردن آن‌ها بستگی دارد؛ در حقیقت هرچه مواد را سریع‌تر سرد کنیم، اندازه دانه‌ها ریزتر می‌شود. به این ترتیب، ریزی و درشتی دانه‌ها، در خواص بعدی آلیاژها تاثیرگذار است و از راه تنظیم میزان حرارت داده شده و سرعت سرد کردن می‌توان خواص مورد نظر را در آلیاژ ایجاد کرد. بیشتر آلیاژها از فلزات تشکیل‌دهنده‌شان سخت‌ترند. به همین دلیل از شکل‌پذیری کمتری برخوردارند. همین‌طور بیشتر آلیاژها در دمایی کمتر از دمای ذوب فلزات تشکیل‌دهنده ذوب می‌شوند و رسانایی الکتریکی ضعیف‌تری دارند.[۳]
انواع آلیاژها

آلیاژها را با توجه به فلز پایه‌شان به دو دسته‌ی آهنی و غیرآهنی تقسیم می‌کنند. آلیاژهای آهنی، آلیاژهایی هستند که فلز پایه در آن‌ها آهن است. از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به فولاد اشاره کرد. در مقابل، تمام آلیاژهایی که فلز پایه در آن‌ها، فلزی غیر از آهن است، آلیاژهای غیرآهنی خوانده می‌شود.
آلیاژهای آهنی

فلز پایه در این آلیاژها آهن است. بسته به میزان کربن ترکیب شده در آن، به دو دسته فولادها و چدنها تقسیم می‌شوند.
فولاد
نوشتار اصلی: فولاد

وجود کمتر از ۲ درصد تا ۰.۰۲ کربن در آهن، فولاد را به وجود می‌آورد. اضافه کردن عناصر دیگر غیر از کربن، هرکدام خواص متفاوتی به فولاد می‌دهد. منگنز سبب سختی فولاد، نیکل باعث جلوگیری از خوردگی فولاد، تنگستن باعث محکمی و وجود کروم و نیکل سبب ضدزنگ شدن فولاد می‌شود. آهن ورزیده نیز آلیاژی است با کربن کم که در ساختن میخ پرچ، لوله آب، زنجیر و غیره به کار می‌رود.
چدن
نوشتار اصلی: چدن

وجود بیش از ۲ تا ۶ درصد کربن در آهن، تشکیل چدن می‌دهد.
آلیاژهای غیرآهنی

فلز پایه در این آلیاژها، فلزی غیر از آهن است. مفرغ، برنج و بسیاری آلیاژهایی که می‌شناسیم، آلیاژهای غیرآهنی هستند. امروزه بیشتر چیزهای فلزی که استفاده می‌کنیم از آلیاژها ساخته شده‌اند. کمتر اتفاق می‌افتد که از فلزات به شکل خالص استفاده شوند. حتی طلا و نقره هم به صورت آلیاژ استفاده می‌شوند. افزودن فلزات ارزان قیمت به طلا و نقره، نه تنها از جلوه‌شان نمی‌کاهد، بلکه باعث می‌شود در برابر سایش نیز مقاوم‌تر شوند. طلا و نقره معمولاً با مس ترکیب شده و تشکیل آلیاژ می‌دهند. عیار طلا، نشان‌دهنده مقدار فلز اضافه شده در آن است. عیار طلای خالص را ۲۴ فرض می‌کنند. بنابراین طلای ۱۸ عیار، طلایی است که از ۲۴ قسمت، ۱۸ قسمت‌اش طلا و باقی مس است. یکی از آلیاژهای مشهور غیرآهنی ورشو است. این آلیاژ ترکیبی است از مس به عنوان فلز پایه و روی و نیکل به عنوان عناصر حل شونده. ورشو به علت شباهت‌اش به نقره، نقره آلمانی و نقره انگلیسی نیز گفته می‌شود.[۲]
فلزات و آلیاژهای آنها
ملغمه نقره
نوشتار اصلی: آمالگام دندانی

آلیاژی از نقره و جیوه است که از آن برای تهیه مواد پرکننده دندان هم استفاده می‌شود. در این آلیاژها فلز پایه، جیوه است.