مشاوره رایگان تحصیلی
منو

انرژی اَکتیواسیون (فعالسازی)

+ 67
رأی شما
- 30

از زمانی که کوه دماوند توسط فوران آتشفشان ساخته شده است، هزاران سال می گذرد. این کوه که بلندترین در خاور میانه و مرتفع ترین قله آتشفشانی آسیاست، همچنان پابرجاست، اما ظاهرا این پایداری و استواری برخلاف علم ترمودینامیک است!


از لحاظ ترمودینامیکی تکه سنگی که در بالای کوه قرار دارد، در حالت ناپایداری به سر می برد و با سقوط و قرار گرفتن در دامنه کوه به حالت پایدارتری می رسد. یک کوه از همین تکه سنگها و خرده اجرامی تشکیل شده که به همین منوال به صورت ناپایداری بر روی همدیگر قرار گرفته اند و پیش بینی ترمودینامیک مسطح شدن خود به خودی تمامی کوههاست. در برخی کتب و دروس آکادمیک، پایداری ترمودینامیکی سیستمها را با دو پارامتر انرژی و آنتروپی توضیح می دهند، بدین ترتیب که سیستمها تمایل به انرژی کمتر و آنتروپی بیشتر دارند. تمایل به آنتروپی بیشتر کاملا درست است و قبلا در مورد آن توضیح داده شد، اما میل سیستمها به انرژی کمتر از بنیان نادرست است.

با توجه به قانون بقای انرژی ، کاهش انرژی یک سیستم، منجر به افزایش انرژی دیگر سیستمها می شود و تمامی سیستمها نمی توانند همزمان انرژی خود را کاهش دهند. هنگامی که سنگی از بالای کوه سقوط می کند و در دامنه کوه آرام می گیرد، از انرژیش کاسته می شود، اما این انرژی از دست رفته نابود نمی شود و به گرما تبدیل شده و به بخش دیگری از زمین منتقل می شود. در همین فرآیند ، بر میزان آنتروپی زمین افزوده می شود. بنابراین بر طبق اصول ترمودینامیک، کوهها باید از بین بروند، تمامی مواد سوختنی باید بسوزند، یعنی چوب، کاغذ،نفت، زغال سنگ ، لوازم خانه و حتی بدن دوست داشتنی من و شما باید با اکسیژن ترکیب شده و بسوزند! حتی از نظر ترمودینامیک، الماس باید به گرافیت (به زبان ساده زغال) تبدیل شود، همچنین در سطح اتمی، تمامی عناصر سنگین تر و نیز سبک تر از آهن و سرب باید شکافته و یا جوش بخورند و به این دو عنصر تبدیل شوند، آهن و سرب پایدارترین عناصر هستند، اما چرا؟

آیا ترمودینامیک مزخرف می گوید؟! چه کسی باور می کند که الماس به زغال تبدیل شود؟ الماس هزاران سال است که زیر بار فشار و دمای بالا، در اعماق زمین تشکیل شده و توسط آتشفشانها به سطح زمین هدایت شده است و تمام کسانی که با قیمت گزاف آن را خرید و فروش می کنند، نسبت به استحکام و پایداری آن اطمینان ۱۰۰ درصد دارند. پایداری همچون کمیابی، یکی از مهمترین پارامترهای هر جسم گران و ارزشمندی است، الماس سخت و پایدار است. انسانها همه گونه نگرانی دارند، اما چه کسی حتی در عمق یک جنگل پر از اکسیژن نگران سوختن بدن خویش است؟ درخت سرو زرتشت (ابرقو) حدود ۴۰۰۰ سال زندگی کرده و نسوخته است. این همه عناصر سنگین تر و سبک تر از آهن و سرب بر روی زمین و جهان ، دست نخورده و بدون واکنشهای اتمی وجود دارند. چگونه می توان باور کرد که اتمهای هیدروژن خودبه خود جوش خورده و به عناصر سنگین تر تبدیل شوند؟

همه اینها که گفتیم درست است. کسی ندیده است که الماس خود به خود به زغال تبدیل شود، اما پیش بینی های ترمودینامیک کاملا درست است، نکته اصلی اینجاست که ترمودینامیک در مورد سرعت و زمان وقوع این پیش بینی ها چیزی نمی گوید. باید خیلی خیلی عمر کنید و صبور باشید تا با چشم طبیعی وقوع بسیاری از رویدادهای مورد نظر ترمودینامیک را ببینید. واقعیت این است که در همین لحظه نیز بدن من و شما، همچون کاغذی که من بر روی آن می نویسم و نیز سرو زرتشت در حال سوختن با اکسیژن است، اما سرعت آن به قدری کم است که همچون رشد درختها و گیاهان و زنگ زدن آهن، برای ما قابل تشخیص نیست و اصولا در حالت طبیعی چنین واکنشهایی جایی برای نگرانی نیز ندارد. در شرایط معمولی سوختن یک گرم چوب هزاران سال طول می کشد. علمی که در آن سرعت واکنشها مورد بررسی قرار می گیرد ، سنیتیک است.

یکی از عوامل مهم در سرعت واکنشها ، موضوع مقاله ما، یعنی انرژی اکتیواسیون می باشد که اولین بار توسط شیمیدان سوئدی، سوانت آرنیوس معرفی شد. در مقابل تمامی واکنشها و پیش بینی هایی که ذکر شد، یک سد انرژی وجود دارد که باعث کندی سرعت آنها می شود. هر چه این سد انرژی بزرگتر باشد، پیشرفت واکنش سخت تر و سرعت آن نیز کمتر می شود. وجود این سد انرژی برای صنایع شیمیایی چندان خوشایند نیست، چراکه آنها را مجبور به استفاده از انرژی و هزینه بیشتر برای پیشبرد واکنشها و رسیدن به محصولات می کند ، اما برای من و شما بسیار خوشایند است. اگر چنین سدی نبود، در همین لحظه بدن ما با اکسیژن می سوخت و خاکستر می شد.

برگردیم به سنگی که در بالای کوه جا خوش کرده است. چرا این سنگ بلافاصله سقوط نمی کند؟ چون در مقابل این واکنش یک سد انرژی وجود دارد. شروع سقوط به یک انرژی معادل آن برای گذشتن از این سد نیاز دارد. این مقداربه انرژی اکتیواسیون یا فعالسازی موسوم است که حداقل انرژیبرای شروعچنین واکنشهایی می باشد. برای یک سنگ نسبتا کروی که خیلی سنگین نباشد، نیروی دست یک شخص نیز می تواند انرژی سقوط را تامین کند. هر گاه کسی آن را هل دهد و مانعی در مسیر نباشد، تا ته دره سقوط خواهد کرد. برای سنگهای بزرگتر یک زلزله چنین کاری را انجام خواهد داد. یک جنگل سرسبز و زیبا به خودی خود نخواهد سوخت (به عبارت علمی تر سرعت سوختن آن بسیار کند است)، اما برخورد یک صاعقه یا بی احتیاطی یک فرد در برپا کردن آتش می تواند به یک فاجعه زیست محیطی ختم شود! چرا؟ چون آتش گرفتن بخشی از یک درخت، انرژی اکتیواسیون سوختن آن را تامین می کند، اما موضوع به همین جا ختم نمی شود. سوختن چوب، یک واکنش انرژی زاست و انرژی آزاد شده از سوختن یک درخت می تواند انرژی اکتیواسیون سوختن دیگر درختان را تامین کند و الی آخر!

به این نوع واکنشها زنجیره ای می گویند. واکنشهایی که شروع آنها، انرژی ادامه کار را تامین می کند و به پیش می برد. انفجار یک خانه در اثر نشت گاز نیز بر اساس همین واکنش زنجیره ای انجام می پذیرد. اگر چه خانه ای که پر از گاز شده به خودی خود آتش نمی گیرد، اما کوچکترین بی احتیاطی مانند فشردن کلید برق ، جرقه ای تولید می کند که برای شروع واکنش سوختن چند مولکول گاز کافیست و این یعنی تامین انرژی اکتیواسیون دیگر مولکولها و در ادامه انفجار و آتش سوزی! در چنین مواردی باید در و پنجره ها را باز کرد و با یک حوله خیس و حتی مرطوب کردن پوشاک خود (جهت جلوگیری از جرقه الکتریسته ساکن) ، گاز را از طریق پنجره ها به بیرون از خانه هدایت کرد.

برای برخی واکنشها مانند تبدیل الماس به گرافیت، انرژی اکتیواسیون به حدی زیاد است که عملا سرعت واکنش در شرایط معمول صفر می باشد. البته این برای الماس دوستان خبر خوشی است، اما در صنایع شیمیایی انرژی اکتیواسیون بالا باعث کندی تولید محصول و افزایش هزینه می شود. با این حال آدمی برای این معضل نیز راه حلی پیدا کرده است : کاتالیزور. کاتالیزور ها با تشکیل ترکیبات واسطه سبب کاهش انرژی اکتیواسیون واکنشها شده و در پایان فرآیند، خود به صورت دست نخورده باقی می مانند. واکنشهایی نیز وجود دارند که انرژی اکتیواسیون آنها بسیار کم و حتی صفر است. مثلا واکنش برخورد یک الکترون با پوزیترون که به دو فوتون تبدیل می شود از این نوع است. در شیمی نیز اکثر واکنشهای رادیکالی دارای انرژی اکتیواسیون صفر هستند و به راحتی و با سرعت پیش می روند. نوع سومی از واکنشها دارای انرژیاکتیواسیون منفی هستند.

اگر بخواهیم ساده آن را توضیح دهیم، در این واکنشها دادن انرژی باعث کاهش سرعت یا عدم انجام واکنش می شود و در واقع شما باید به نوعی مقداری انرژی بگیرید تا واکنش به پیش برود. مثلا واکنش ترکیب دورادیکالاتم ید برای تشکیل مولکول آناز این نوع است.انرژی آزاد شده از این ترکیب دوباره اتمها را از همدیگر جدا می کند. برای پیشبرد این واکنش معمولا مقداری گاز آرگون اضافه می کنند تا انرژی آزاد شده را جذب کند. انرژی اکتیواسیون بیشتر واکنش های هسته ای نیز خیلی زیاد است (چرا؟).

مثلا برای جوش هسته ای هیدروژن و تبدیل آن به هلیوم در ستاره هابیش از۱۰میلیون درجه حرارت مورد نیاز است که این مقدار در رآکتورهای آزمایشگاهی به ۱۰۰ میلیون درجه افزایش پیدا می کند! البته با توجه به اینکه همیشه تخریب بسیار ساده تر از ساختن و آباد کردن است، آدمی نیز سالها پیش واکنش جوش هسته ای هیدروژن را در بمبهای هیدروژنی تکمیل کرده است. در این بمب های ویرانگر که قادرند در یک لحظه بزرگترین شهرها را از نقشه جغرافیا پاک کنند، از یک بمب اتم به عنوان چاشنی یا تامین کننده انرژی اکتیواسیون واکنش استفاده می شود. با این حال چهره آباد کننده این واکنش هنوز خودش را به نمایش انسان در نیاورده است.

با تمام تلاشهایی که تا کنون برای کنترل فرآیند جوش هسته ای انجام گرفته ، متاسفانه هنوز بشر نتوانسته به این انرژی پاک و تقریبا نامحدود دست یابد. رآکتورهای ساخته شده همچون توکامک قادرند برای لحظه ای، جوش هسته ای را به انجام برسانند، اما هنوز پیشبرد زنجیره ای واکنش میسر نشده است. امید می رود که در آینده نزدیک مجموعه  ITER اولین رآکتور همجوشی جهان را که از نوع توکامک خواهد بود در فرانسه بسازند. این مجموعه متشکل است از کشورهای روسیه ، اروپا، ژاپن ،کانادا، چین، ایالات متحده و جمهوری کره. توان خروجی این توکامک ۴۱۰ مگا وات خواهد بود.

زمانی به این موضوع فکر می کردم که شاید بتوان با تزریق مولکولی ایزوتوپهای هیدروژن (دوتریوم و تریتیوم) از یک نانو پایپ و محصور سازی مغناطیسی پلاسمای آن در در فضای کوچکی که چندین اشعه لیزر بر روی آن همگرا شده به جوش هسته ای دست یافت. امروزه هر نوع جوش هسته ای با لیزرهای پرقدرت مانند لیزر نوا (Nova) امکان پذیر شده است، اما مشکلات بزرگی از جمله انرژی زیاد برای تولید این نوع لیزردر مسیر این فرآیند قرار دارد. در هر حال تولید انرژی از جوش هسته ای مشکل است، اما اگر به شکل صنعتی امکان پذیر شود، علاوه بر دستیابی به یک انرژی نسبتا نامحدود، زمین و طبیعت از شر بسیاری از آلودگیها نجات پیدا می کند! به امید آن روز!

نویسنده : احمد مصدر- عضو پیوسته بیگ بنگ

bigbangpage.com

+ 67
رأی شما
- 30



www.HUPAA.com
مشاوره رایگان تحصیلی
ویدیو کلیپ علمی
محک
● مقالات فیزیک
● اخبار فیزیک
● مطالب پربیننده
● مجله علمی
● کوانتوم و فیزیک جدید
● الکترومغناطیس
● نظریات ایرانی
● نجوم و اخترفیزیک
● فلسفه و متافیزیک
● نانوتکنولوژی
● برق و الکترونیک
● هواشناسی و فیزیک جو
● فیزیک نور و اپتیک
● مکانیک و ترمودینامیک
● مطالب متفرقه
● معرفی کتاب
● دانشمندان
● فیزیک در ایران
● سایتهای فیزیک انگلیسی
● سایتهای فیزیک فارسی
● دانلود نرم افزار
● تصاویر دیدنی
● پزشکی و سلامت
امکانات
● خانه
● انجمن فیزیکدانان جوان ایران
● چت روم هوپا
● درباره ما
● سفارش آگهی
● تماس با ما
● عضویت در انجمن
● ورود
● RSS
آگهی های متنی
عضویت در خبرنامه
ایمیل :
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
ادامه تحصیل در خارج از کشور
پزشکی و سلامت
مشاوره رایگان تحصیلی
بیگ بنگ
آخرین گفتگوها در انجمن
اگر زمان وجود نداشت چه می شد،پیامد های آن چیست؟ (64 پاسخ)
ماشين زمان كي ساخته مي شود؟ (71 پاسخ)
نحوه کار برقگیر (0 پاسخ)
تفاوت جاذبه با گرانش چیست؟ (42 پاسخ)
خم کردن پرتو نور (13 پاسخ)
چرا ابرها سفید هستند؟ (7 پاسخ)
بسط سامرفلد و اثبات آن (0 پاسخ)
ارشد فیزیک پیام نور (1 پاسخ)
نظریه نسبیت قانون بقای جرم و پایستگی انرژی را نقض می‌کند؟ (2 پاسخ)
آیا ریل‌های قطارهایی که مگلو نیستند هم آهنربا می‌شوند؟ (1 پاسخ)
فرمول برای تعیین قدرت عدسی (1 پاسخ)
باردار کردن رسانا با باطری (0 پاسخ)
جنس زمان از چیست؟ اصلا زمان چیست؟ (221 پاسخ)
ابهام در مورد اصل فرما (اصل کمترین زمان) (4 پاسخ)
پارسی را پاس بداریم (975 پاسخ)
معرفی کانال های تلگرام فیزیک (9 پاسخ)
نیروی محرکه القایی در میدان مغناطیسی (0 پاسخ)
فیزیک کوانتوم (0 پاسخ)
جنس فضا زمان از چیست؟ (25 پاسخ)
چرا آذرخش در هوای آفتابی رخ نمیده؟ (6 پاسخ)
به طور کلی مفهوم انتگرال سه گانه چیست؟ (1 پاسخ)
فضای آنتی دوسیتر (1 پاسخ)
مقالاتي از گوشه و كنار رياضيات (98 پاسخ)
نقش نوع جریان AC یا DC در روشن شدن یا نشدن لامپهای ال ای دی (2 پاسخ)
ذره تاکیون (5 پاسخ)
زمین تخت گرایان (110 پاسخ)
دستگاه بیضوی (0 پاسخ)
رابطه میانگین قند خون سه ماهه انسات با اعداد پی ,فی ؛ ایی (0 پاسخ)
دستگاه مختصات راستگرد یعنی چی؟ (7 پاسخ)
اطلاعاتی جامع درباره فرکانس (7 پاسخ)
کتاب مناسب برای تانسورها و جبر برداری (0 پاسخ)
محاسبه ی مساحت بدن انسان برای تجویز دقیق دارو ها (2 پاسخ)
کتابی مناسب درباره نسبیت (8 پاسخ)
سرعت نور با سریهای عددی (0 پاسخ)
بیا تو سوال بپرس (224 پاسخ)
دوربین دو چشمی بخرم یا تلسکوپ ؟ (10 پاسخ)
تاثير ميدان هاي الکتريکي و مغناطيسي بر نور (30 پاسخ)
حل مسائل فیزیک هسته ای کنت کرین (22 پاسخ)
منظور پروفسور حسابی از بی نهایت بودن ذرات چه بوده؟ (39 پاسخ)
محاسبات کوانتومی (2 پاسخ)
پستی و بلندی‌های زمین به روایت ماهواره‌های آلمانی (2 پاسخ)
مسئله: برخورد ناکشسان دو قمر و افزایش جرم سکون (0 پاسخ)
انتگرال خطی (5 پاسخ)
طراحی یک تست ژنتیکی برای شناسایی زودهنگام خطر حمله قلبی (0 پاسخ)
تقسيم كردن يك زاويه به سه قسمت مساوي (56 پاسخ)
معمای وزنه ۳ کیلویی و اندازه‌گیری یک کیلوگرم گندم با ترازو (17 پاسخ)
فرمول ریاضی برای درمان کمبود ویتامین دی (2 پاسخ)
عدد طلایی و سیارات (2 پاسخ)
بردار مکان در سایر دستگاه ها (8 پاسخ)
فرمولی برای تمام ابعاد وجودی کره ! (2 پاسخ)
نوبل پزشکی به کاشفان شیوه جدید مقابله با سرطان تعلق گرفت (0 پاسخ)
اصطکاک چگونه انرژی گرمایی تولید میکند؟ (59 پاسخ)
عدد پی تغییر کرد! (21 پاسخ)
استفاده از اثرات میدان مغناطیسی برای چرخیدن دائم جسم (2 پاسخ)
خروج زمین از مدار گردش خود (1 پاسخ)
نسبیت، انرژی و ماده (1 پاسخ)
شمارا بودن اعداد گویا (0 پاسخ)
درهم تنیدگی کوانتومی تک ذره (3 پاسخ)
جـنـگنـده ها و اســلحــه های بــرتــر (106 پاسخ)
بیشترین دمای ممکن در هستی (3 پاسخ)
مقالات فیزیک
همکاری انسان و هوش‌مصنوعی برای پیروزی در یک بازی سخت
با ساعت‌های مغزتان آشنا شوید.
ستاره‌شناسان وسعت دقیق کهکشان بچه‌قورباغه را آشکار کردند.
چرا انرژی خورشیدی از همیشه ارزان‌تر شده است؟
اخترشناسان ابرنواختر خاصی را شناسایی کردند.
چقدر تحقیقات روان‌شناسی صحیح و قابل اطمینان هستند؟
پاسخی که می‌تواند ۹۵درصد باقیمانده از جهان را توضیح دهد!
درباره‌ی خانه‌های هوشمند آینده، چه می‌دانیم؟
رمزگشایی از مکانیسم یادآوری و فراموشی
ارزش موقعیت مکانی، در امید به زندگی انسان‌ها
ستارگان در کیهان چگونه شکل می‌گیرند؟
باکتری‌های روی پوست ما، معمولی و کُشنده!
مسابقه‌ی علمی شماره‌ی چهار
چرا غروب خورشید در مریخ آبی‌رنگ است؟
روشی موثر و بدون‌درد برای دارورسانی به چشم
زمین با چه مصائبی دست و پنجه نرم می‌کند؟
سبک زندگی عاملی مهم در ابتلا به دیابت نوع ۲
تجزیه‌ی ترکیبات شیمیایی با کاتالیزوری جدید
فرصتی برای رصد دنباله‌داری درخشان در آسمان شب
نگرانی‌ دانشمندان از مصرف بالای سیگار الکترونیکی!
زمین‌شناسان، گودال بزرگی را در گرینلند پیدا کردند.
سریع‌ترین ماشین شبه مغز با یک میلیون پردازشگر
نور آبی، احتمال ابتلا به بیماری‌های قلبی را کاهش می‌دهد.
نگاهی نزدیک به زندگی نئاندرتال‌ها
یافته‌ی جدید ناسا درباره‌ی سپر مغناطیسی زمین
ارتباط تشعشعات رادیویی با سرطان
ناسا محل فرود مریخ‌نورد بعدی را اعلام کرد.
چرا سینه‌های زنان، بزرگ‌تر از سینه‌ی مردان است؟
کم‌آبی بدن می‌تواند عاملی برای بدخوابی در بزرگسالاتن باشد.
چگونه طلا را در دمای اتاق ذوب کنیم؟
ادامه ...
اخبار فیزیک
یافته های تازه دانشمندان ممکن است سفر در زمان را غیرممکن کند!
نگاهی به دوردست‌های کیهان به کمک یک خوشه کهکشانی غول‌پیکر
سنجش ذرات در کیهان اولیه
پیش‌بینی جرم ذره «هیگز» توسط سیمپسون‌های کارتونی 14 سال قبل از سرن!
فریب فوق‌العاده نور توسط محقق ایرانی
طراحی پای مصنوعی دارای سیستم بینایی توسط دانشمندان ایرانی
حل یک مساله سی‌ساله فیزیک شبیه‌سازی مواد ابررسانا با اتم‌های فوق سرد با همکاری فیزیکدان ایرانی
مخترع لیزر چارلز تاونز در 99 سالگی درگذشت
حل معماهای فیزیک در آزمایشگاه‌های ارزان بجای شتاب‌دهنده‌! مشاهده حالت بوزون هیگزی در ابررسانا برای نخستین بار
سه ایرانی در میان 100 نفر کاندیدای نهایی سفر بی بازگشت به مریخ
آمادگی برخورددهنده بزرگ هادرونی برای کشف یک ذره جدید
مشاهده پیوند شیمیایی اتم‌ها و تشکیل مولکول برای نخستین‌بار
کشف عجایب حبابی با سی‌تی اسکن درون یک ابرنواختر
لوح انجمن جهانی نفرولوژی به «پدر علم نفرولوژی ایران» اعطا می‌شود
چرا برخی کهکشان‌ها جوانمرگ می‌شوند؟
ادامه ...
مطالب پربیننده
کشف ابزاری ۶۰۰۰ ساله در خانه‌ی رئیس‌ جمهور آمریکا! (0+)
ردیابی دنیاهای پنهان، در ژرفای کیهان (0+)
پیشرفته شدن هوش مصنوعی چقدر خطر دارد؟ (0+)
ساخت پلیمری جدید با قابلیت خودتعمیری! (0+)
بیت‌کوین باعث گرمایش زمین تا ۲ درجه‌ی سانتی‌گراد می‌شود؟! (0+)
غیرواقعی یا حقیقت؟ تکلیف مشاهدات یوفوها چیست؟ (0+)
سرنخ‌هایی برای حل رازی قدیمی در منظومه‌ی شمسی! (0+)
راهی علمی برای احیای باکتری‌های روده‌ای (0+)
کشف موزاییکی باستانی مربوط به عصر رومیان (0+)
مسابقه‌ی علمی شماره‌ی یک (0+)
تاثیر مصرف لبنیات قبل از خواب (0+)
سیاهچاله‌ی مرکز کهکشان‌ راه‌شیری، تنها نیست! (0+)
روشی برای بهبود تشخیص بیماری‌ها در بدو تولد (0+)
تهدیدی جدی برای سیاره‌های فراخورشیدی (0+)
به راستی چه کسی این قطعه یخ عظیم را با این دقت، برش داده؟ (0+)
ادامه ...