طبقه بندی مواد شیمیایی

مواد شیمیایی بطور عمده به دو گروه بزرگ مواد معدنی و مواد آلی تقسیم بندی می‌شوند. هر یک از این دو گروه ، در دو مبحث شیمی آلی و شیمی معدنی بررسی می‌شوند. در این مطالعه ، خواص فیزیکی و شیمیایی مواد آلی و معدنی ، منابع ، طریقه سنتز و واکنش‌ها و ... مورد بررسی قرار می‌گیرند.

مواد شیمیایی آلی

در قدیم ، ماده آلی به ماده‌ای اطلاق می‌گردید که بوسیله بدن موجودات زنده ساخته می‌شد. تا اینکه در سال 1828 ، "وهلر" (Wohler) دانشمند آلمانی ، برای اولین بار جسمی به نام اوره به فرمول CO(NH₂)₂ را در آزمایشگاه از یک ترکیب معدنی به نام ایزوسیانات تهیه نمود و از آن پس معلوم شد که می‌توان مواد آلی را نیز در آزمایشگاه ساخت.

امروزه بیش از یک میلیون نوع ماده آلی شناخته شده است که بسیاری از آنها را در آزمایشگاهها تهیه می‌کنند. مواد آلی ، به مواد غیر معدنی گفته می‌شود و با مواد معدنی تفاوتهای کلی در چند مورد دارند.

مواد شیمیایی معدنی

اگر شیمی آلی به عنوان شیمی ترکیبات کربن ، عمدتا آنهایی که شامل هیدروژن یا هالوژنها به علاوه عناصر دیگر هستند، تعریف شود، شیمی معدنی را می‌توان بطور کلی به عنوان شیمی عناصر دیگر در نظر گرفت که شامل همه عناصر باقیمانده در جدول تناوبی و همینطور کربن ، که نقش عمده‌ای در بیشتر ترکیبات معدنی دارد، می‌گردد.

شیمی آلی - فلزی ، زمینه وسیعی که با سرعت زیاد رشد می‌کند، به علت اینکه ترکیبات شامل پیوندهای مستقیم فلز - کربن را بررسی می‌کند دو شاخه را بهم مرتبط می‌سازد. همانطوری که می‌توان حدس زد، قلمرو شیمی معدنی با فراهم کردن زمینه‌های تحقیقی اساسا نامحدود ، بسیار گسترده است.

ریشه لغوی

واژه ایزومری اولین بار به توسطبرزلیوس (J.J.Berzelius) برای معرفی ترکیبات شیمیاییگوناگون دارای ترکیب درصد عناصر یکسان ، به عبارت دیگر تناسبهای نسبی یکسان عناصرسازنده ، مورد استفاده واقع شد. این احتمال که یکسانی ترکیب درصد عناصر سازندهبتواند دلالت بر وجود دو یا چند ماده به عنوان ایزومرهای یکدیگر نماید، از تئوریساختمانهای آلی مشتق شده است. در حالت کلی ، می‌توان ایزومرها را به دو نوعایزومری ساختمانیوایزومری فضاییتقسیم‌ بندی نمود. که هر کدام ازاین ایزومرها دارای انواع مختلف می‌باشند.

ایزومری ساختمانی

ایزومری ساختمانی بوسیله ترکیباتی که درفضای کوئوردیناسیونخود لیگاندهای متفاوتیدارند نمایش داده می‌شود. و انوع زیرا را در بر می‌گیرد:

ایزومری یونش

در این نوع ایزومری ،یونیا یونهایی که در یک ایزومر در کرهکوئوردیناسیون خارجی قرار دارند، در ایزومر دیگر در نقش لیگاند در کرهکوئوردیناسیون داخلی وارد می‌شود و در ترکیبهایی کهآنیون در ساختار داخلی و خارجی کره کوئوردیناسیون شرکت دارد مشاهده می‌شود.

pt(NH₃)₃Cl) I ↔ (pt(NH₃)₃I) Cl)

ایزومری هیدراته شدن

مولکول آب در ترکیب کوئوردیناسیون ممکن است مستقیمابافلز پیوند داشته باشد یا درکره کوئوردیناسیون خارجی به عنوانآب تبلورشرکت کند. ترکیبهایی که بر اساساین تفاوت دسته بندی می‌شوند، ایزومرهای هیدرات (هیدراتاسیون) نامیده می‌شوند و دارای خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوتی هستند.

CO(NH₃)₃(H₂O)₂ Cl ↔ (CO(NH₃)₃(H₂O) Cl Br) Br.H₂O

ایزومری کوئوردیناسیون

در ترکیبات یونی که هم کاتیون و هم آنیون آنهاکمپلکس مشاهده می‌شود و تفاوت آنها در توزیع لیگاندها اطراف اتمهای مرکزی است. این دوایزومر در اثر تعویض لیگاندها اتم مرکزی بوجودمی‌آید.


Cu(NH₃)₄ PtCl₄ ↔ Pt(NH₃)₄ CuCl₄ ↔ Pt(NH₃)₃Cl Cu(NH₃)Cl₃

ایزومری اتصال

این ایزومرها به خانواده‌های متفاوتی از ترکیبات آلی مربوطمی‌شوند که تنها فرمولهای مولکولی مشابه دارند. بطور مثالالکل واتر با هم ایزومرگروه عاملی هستند. در ترکیبهایی دیده می‌شود که یک یا چند لیگاند دارای دو اتمکوئوردیناسیون دهنده باشند، برای مثال یون نیتریک NO^-₂ می‌تواند از طریق یک اتم اکسیژن یا از طریق اتم نیتروژن کوئوردیناسیونبدهد.


زرد NH₃)₅CO(NO₂)) Cl₂)) و قرمز NH₃)₅-CO-ONO) Cl₂))

ایزومری فضایی

شامل ایزومری هندسی و نوری می‌باشد.

ایزومری هندسی

ترکیبات وقتی ایزومرهای فضایی یکدیگرند که در فضایکوئوردیناسیون خود لیگاندها یا گروههای یکسان داشته باشند ولی نحوه آرایش آنها درفضا متفاوت باشد. یک نوع این ایزومر فضایی ،ایزومری هندسی، یاایزومری سیس- ترانس، است. درآلکنها، وقتی گروههای مشابه در یک طرفپیوند دوگانهباشند، ایزومر سیس و اگر در دوطرف پیوند دوگانه باشند، ایزومر ترانس است. اگر دو گروه مشابه به یک کربن آلکن متصلباشد، ایزومری سیس و ترانس وجود ندارد. اما اگر گروههای مختلف به کربنهای پیونددوگانه متصل باشند، ایزومری هندسی دیده‌ می‌شود.

اگر در آلکنها ، فقط یک اتمهیدروژن و سه عامل جانشینی دیگر داشته باشیم، بجای سیس و ترانس از سیستم Z و E استفاده می‌کنیم. روی کربن متصل به پیوند دوگانه دو گروه وجود دارد یکی از این دوگروه بر دیگری ارجحیت دارد. آن گروه را مشخص می‌کنیم. مشخص کردن آنها به عدد اتمیعنصر متصل به کربن بستگی دارد که هر چه بیشتر باشد، ارجحیت بیشتری دارد. در موردترکیبات کوئوردیناسیون ، این نوع ایزومری در اثر اشغال موقعیت‌های مختلف در اطرافاتم مرکزی توسط لیگاند بوجود می‌آید و در گونه‌های مسطح مربعی و هشت وجهی اهمیتبیشتری دارد. برای مثال در ایزومر سیس- دی کلرو دی آمین پلاتین (II) اتم‌های کلرروی گوشه‌های مجاور مربع (در امتداد یک ضلع) واقع شده‌اند، در حالیکه در ایزومرترانس ، اتمهای کلر گوشه‌های مقابل دور امتداد را اشغال می‌کنند. مثلا برای ترکیبدو فرمولگسترده فضایی می‌توان نوشت:

ایزومری نوری

نوع دیگری ایزومر فضایی ،ایزومری نوریاست. پاره‌ای از مولکولها ویونها در دو شکل که قابل انطباق بر یکدیگر نیستند، رابطه بین آنها مثل رابطه دستهایراست و چپ است وجود دارند و از چنین مولکولها و یونهایی به عنوان نامتقارن یادمی‌شود و این ایزمرها راانانتیومر (تصویرآینه‌ای) می‌نامند. این ایزومرها دارای خواص فیزیکی یکسان می‌باشند و تنهاتفاوت ایزومرهای نوری تاثیر برنور قطبیشده است.

این نوع ایزومریدرمولکولهای کایرالوجود دارد. اگر دو ترکیباز هر لحاظ با هم مشابه باشند بر یکدیگر منطبق می‌شوند در حالیکه یک مولکول کایرالممکن است دارای یکایزومر فضاییباشد که بر تصویر آینه‌اشمنطبق نیست (انانتیومر). تفاوت چنین ایزومرهایی مانند اختلاف دست چپ و راست است. ایزومر راست گردان (d) نور قطبی شده (نوری که در یک صفحه نوسان می‌کند) را به راستو ایزومر چپ گردان (L) آن به چپ می‌چرخاند. مخلوط مساوی از دو ایزومر رااسمیکمی‌نامند، اثری بر نور قطبی شده ندارد.

Ba باریم ( Barium ) :

باریم فلزی نرم به رنگ سفید- نقره ای با فعالیت شیمیایی زیاد است. ساختار بلورینمکعبی ( کوبیک ) شکل دارد . کانی اصلی آن باریت (سولفات باریم ) است و در ویتریت (باریم کربنات) نیز موجود است. فلز خالص آن از الکترولیز نمکهای مذاب باریم یا بهطریق صنعتی از احیاء باریم اکسید با آلومینیم بدست می آید. فلز باریم اولین بار درسال 1808 توسط Humphry Davy با تکنیک الکترولیز جدا شد.

کانی باریت در سال 1774 از سنگ آهک توسط Scheele کشف شد.
این عنصر فقط به صورت ترکیب یافت می شود. و مهمترین ترکیبات آن با سولفات، کربنات است و این عنصر از الکترولیز کلرید به دستمی آید.
باریم در حالت خالص به رنگ سفید نقره ای است . از گروه فلزات قلیاییخاکی است و از نظر شیمیایی به کلسیم شباهت دارد . این ماده به راحتی اکسید می شود وحتماً باید زیر نفت نگهداری شود تا هوا به آن نرسد . باریم توسط آب و الکل تجزیه میشود.
از مهمترین ترکیبات آن پراکسید ، کلرید ، سولفات ، کربنات ، نیترات وکلرات هستند . Lithopone ( لیتوپن ) یک دانه رنگی است که سولفات باریم و سولفید رویرا شامل می شود و دارای توان پوششی خوب است . سولفات مانند ماده ای سفید پایدار درنقاشی ، ساخت شیشه و کارهای تشخیصی با اشعه x استفاده می شود . از کربنات برای مرگموش استفاده می شود در حالیکه نیترات و کلرات در آتش بازی بکار می روند . سولفیدناخالص بعد از پرتوگیری در قابل نور تابیده می شود . تمام ترکیبات باریم که در آبیا اسید قابل حل هستند سمی اند . باریم از مخلوط 7 ایزوتوپ پایدار بدست می آید .

اثرات زیست محیطی باریم
باریم فلزی نقره ای- سفید رنگ است که در محیط زیست بهطور طبیعی وجود دارد. باریم در ترکیب با دیگر عناصر شیمیایی مانند سولفور، کربن بااکسیژن وجود دارد.
ترکیبات باریم در صنعت نفت و گاز در تهیه گل حفاری به کار میرود. گل حفاری، با روان کردن سنگها، حفاری سنگها را آسان تر می کند. ترکیبات باریمدر نقاشی، آجرسازی، کاشی سازی، شیشه سازی و پلاستیک سازی هم به کار می روند.
بهعلت مصارف گسترده باریم در صنعت، فعالیتهای بشری مقدار زیادی باریم را در محیط زیستپراکنده کرده است. در نتیجه غلظت باریم در بسیاری جاها در هوا، آب وخاک بیشتر از حدطبیعی است.
باریم در اثر فعالیتهای معدنی، فرآیند تصفیه، و تولید ترکیبات باریموارد هوا می شود. به علاوه در اثر سوختن ذغال و نفت هم باریم وارد هوا می شود.
بعضی از ترکیبات باریم که در اثر فرآیندهای صنعتی در محیط پراکنده می شوند، بهآسانی در آب حل می شوند و در دریاچه ها، رودخانه ها و جریانها یافت می شوند. بهخاطر حلالیت باریم در آب، ترکیبات باریم می توانند در مسافتی طولانی پراکنده شوند. هنگامی که ماهی ها و دیگر جانداران آبزی ترکیبات باریم را جذب می کنند، باریم دربدن آنها تجمع می یابد. ترکیبات باریم پایدار معمولا در سطوح خاک یا در رسوباتموجود در آب باقی می مانند. باریم در خاک اکثر مناطق وجود دارد. ممکن است میزانباریم در محل دفن زباله های خطرناک، بیشتر باشد.

ساختار بلوري عنصرباريم

تجهیزات آزمایشگاهی مورد استفاده در تجزیه
اسپکترومتر جرمی ، میکروسکوپ ، کرماتوگرافی مایع و گازی ، اشعه x ، جذب اتمی ،مادون قرمز ، کروماتوگرافی مایع با عملکرد بالا و اسپکترومتر نشری


خواصفیزیکی و شیمیایی عنصر باریم :
عدد اتمی: 56
جرم اتمی: 137.327
نقطه ذوب: C° 729
نقطه جوش : C° 1805
شعاع اتمی : Å 2.78
ظرفیت: 2
رنگ: سفیدنقره ای
حالت استاندارد: جامد مغناطیس
نام گروه: 2
انرژی یونیزاسیون : Kj/mol 502.9
شکل الکترونی: 6s2
شعاع یونی : Å 1.35
الکترونگاتیوی: 0.89
حالت اکسیداسیون:2
دانسیته: 3.59
گرمای فروپاشی : Kj/mol 7.8
گرمایتبخیر : Kj/mol 142
مقاومت الکتریکی : Ohm m 0.000000332
گرمای ویژه: J/g Ko 0.204
دوره تناوبی:6

شماره سطح انرژی : 6
اولین انرژی : 2
دومینانرژی : 8
سومین انرژی : 18
چهارمین انرژی : 18
پنجمین انرژی : 8
ششمینانرژی : 2
ایزوتوپ :
ایزوتوپ نیمه عمر
Ba-130 پایدار
Ba-131 11.7 روز
Ba-132 پایدار
Ba-133 10.5 سال
Ba-133m 1.6 روز
Ba-134 پایدار
Ba-135 پایدار
Ba-135m 1.2 روز
Ba-136 پایدار
Ba-137 پایدار
Ba-137m 2.6 دقیقه
Ba-138 پایدار
Ba-139 1.4 ساعت
Ba-140 12.8 روز
Ba-141 18.3 دقیقه
Ba-142 10.7 دقیقه

اشکال دیگر :
هیدریدباریم BaH2
اکسید باریم BaO
کلرید باریم BaCl2


منابع : کانی هایباریت و ویتریت
کاربرد : در لامپهای فلورسنت ، آتشبازی ، برای تخلیه هوا ازتیوپبه کار می رود . همچنین در علم پزشکی نیز کاربرد دارد .

روش شناسایی:

AA:Flame Atomic Absorption Spectrometry
ICP:Inductively Coupled Plasma Spectrography
MS:Mass Spectrometry
NA:Neutron Activation Analysis
XRF:X-Ray Fluorescence Spectrometry
AAN: Non-flame Atomic Absorption Spectrometry
ES:Emission Spectrography