مشاوره رایگان تحصیلی
منو

انرژی اَکتیواسیون (فعالسازی)

+ 119
رأی شما
- 41

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

+ 119
رأی شما
- 41



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
● تحصیل در کانادا
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
مرز فیزیک کوانتوم کجاست؟ (14 پاسخ)
زمین تخت گرایان (147 پاسخ)
شبیه سازی رنگ آبی آب دریا (2 پاسخ)
انفجار بزرگ (34 پاسخ)
محاسبه گشتاور مورد نیاز بلند کردن جسم (2 پاسخ)
طولِ موجِ پرتوی بازتابی از آینه ی شتابدار (سوالی نسبیتی) (95 پاسخ)
سوال درباره حرکت نسبیتی (28 پاسخ)
نیروی پنجم؟ (0 پاسخ)
کتاب ماجراجویی های فیزیکدان قرن بیستم (4 پاسخ)
درخواست مشاوره از دوستانی که فیزیک خوندن (50 پاسخ)
چرا الکترون روی هسته سقوط نمیکند؟ (15 پاسخ)
درخواست معرفی منابع آموزشی جهت یادگیری برخی محاسبات (5 پاسخ)
محاسبه طول یک رول کاغذ به ضخامت و شعاع مشخص (1 پاسخ)
فاصله ی بین نقاطِ شتابدار از دیدِ ناظران لَخت (سوالی نسبیتی) (79 پاسخ)
نوسانات کوانتومی (6 پاسخ)
سوالی پیش پا افتاده در تداخل ویرانگر دو موج نور (7 پاسخ)
نظر غالب در رابطه با انبساط کیهان چیست؟ (0 پاسخ)
نظریه گرانش حرکتی و اثبات کامل آن بر اساس نظریه نسبیت عمومی (9 پاسخ)
گالری عکس آسمان (645 پاسخ)
ضرایب پتانسیل (3 پاسخ)
روش فدیف (انجام محاسبات چند جسمی) (0 پاسخ)
آیا زمان بردار است؟ (چون جهت دارد: از گذشته رو به آینده) (19 پاسخ)
نگاهی نو به زمان (33 پاسخ)
تفاوت نیرو با انرژی چیست؟ (26 پاسخ)
توضیح چرایی انحراف جزئی سیاره عطارد از مدار خودش (3 پاسخ)
پیش بینی آینده ساختار کیهان بر اساس نظریه گرانش حرکتی (1 پاسخ)
نیروی الکتروگراویتی (3 پاسخ)
علت چرخش الکترون چیست؟ (13 پاسخ)
ساده ترین بیان برای منشاء گرانش (18 پاسخ)
پیش بینی چرخش خودکار کهکشان ها (0 پاسخ)
معرفی سه ساختار اصلی برای پایداری کهکشان ها (0 پاسخ)
توضیح کامل درباره ماهیت ماده تاریک بر اساس نظریه گرانش حرکتی (0 پاسخ)
توضیح کامل درباره ماهیت انرژی تاریک بر اساس نظریه گرانش حرکت (0 پاسخ)
کتاب فیزیک آینده (2 پاسخ)
جنس ذره برخورد کننده (5 پاسخ)
وجود قید در ترکیب (7 پاسخ)
چرخش به دور درخت با سرعت نور (18 پاسخ)
نیروی گرانش از کجا پدید می آید منشا آن چیست؟ (40 پاسخ)
جنس زمان از چیست؟ اصلا زمان چیست؟ (225 پاسخ)
علیت (16 پاسخ)
فعالیت نوری (2 پاسخ)
منظور هاوكينگ از به وجود آمدن جهان از هیچ چیست؟ (15 پاسخ)
زمان در مکانیک کوانتومی (3 پاسخ)
مدار RLC (1 پاسخ)
نور و میدان مغناطیسی (1 پاسخ)
تعریف فاصله در نسبیت و سازگاری نسبیت عام با مکانیک نیوتونی (20 پاسخ)
پایان نظریۀ نسبیت اینشین به تمام جهان اعلام می شود (10 پاسخ)
کهن‌ترین مولکول کیهان در فضا کشف شد! (0 پاسخ)
پایان نسبیت اینشتین با حل دقیق معادلات خود او ( فیزیک مطلق) (29 پاسخ)
اثبات حیرت آور فیزیک مطلق بر اثر سیارات روی سینگال های زمینی (17 پاسخ)
انفجار فیزیک توسط عدم برابری بار الکتریکی الکترون و پروتون (5 پاسخ)
نانوتکنولوژی و کاربردهای آن (1 پاسخ)
نسبیت، انرژی و ماده (2 پاسخ)
قانون فاراده (1 پاسخ)
هسته درونی عطارد جامد است (0 پاسخ)
آیا عینک‌های فوتوکرومیک هم جزو مواد هوشمند هستند؟ (0 پاسخ)
نسبیت در سرعت زاویه ای (6 پاسخ)
حرکت ذره باردار در دو میدان (4 پاسخ)
نخستین مریخ‌لرزه ثبت شد! (0 پاسخ)
بسط تیلور (6 پاسخ)
مقالات فیزیک
بازوی رباتیک جدید را با ذهن کنترل کنید
نور آبی شما را می‌کُشد!
عمر خورشید چگونه تمام می‌شود؟
در قطب شمال مریخ چه می‌گذرد؟
کشف ویژگی جدید نور
مصرف آنتی‌بیوتیک، شما را در برابر آنفلوآنزا ضعیف می‌کند
بدون برش دی‌ان‌ای می‌توان ژنوم را تغییر داد!
خواب نامناسب چه بلایی به‌سر جمجمه می‌آورد؟
پرتوی‌های کیهانی عامل اصلی فرگشت
جاسوسی از یخچال‌های طبیعی هیمالیا
احتمال برگرداندن چه‌جور کیف‌پول گم‌شده‌ای بیشتر است؟
اسرار زندگی کروکودیل‌های باستانی فاش شد
کشف منشاء یک انفجار رادیویی
معجزه‌ی هوش‌مصنوعی در بخش پزشکی
شناسایی سلولی ضدآلرژی
چگونه یک سیاره متولد می‌شود؟
درمانی سریع برای اضافه وزن شدید
حافظه‌ی کامپیوترهای آینده را بشناسیم!
میکروب‌هایی که داروهای ما را می‌خورند
شگفتیِ انفجارهای گاما
در مرکز کهکشان راه‌شیری چه خبر است؟
حفره‌های اسرارآمیز دریای جنوبگان
گونه‌های مختلف نهنگ با هم جفتگیری می‌کنند!
نگاهی به اعماق کهکشانی از خوشه‌ی سنبله
آغاز عصر جدید زمین‌شناسی
حلقه‌های اسرارآمیز سیاره‌ی اورانوس
بگذارید بچه‌ها خاک بازی کنند!
مسابقه‌ی علمی شماره‌ی سی و یک
کشف کرمی که سنگ‌ می‌خورد!
دلیلی برای خشکی سرخرگ‌ها
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
تاثیر مخرب کم‌خوابی بر بدن (0+)
سیبری سکونت‌گاهی خوش آب‌وهوا خواهد شد (0+)
آشکارسازی مرز پلاسمای کیهانی (0+)
ابتدا سیاه‌چاله‌ها بوده‌اند یا کهکشان‌ها؟ (0+)
گوشتخوارترین گیاه جهان (0+)
چرا بچه‌ی انسان دیرتر از بچه‌ی پستانداران دیگر رشد می‌کند؟ (0+)
عمر حلقه‌های زحل چقدر است؟ (0+)
ویرایش دی‌ان‌ای در فضا (0+)
چربی بدن شما را افسرده می‌کند (0+)
کشف دو سیاره‌ی زمین‌مانند در نزدیکی منظومه‌ی شمسی (0+)
چرا سگ‌ها بیشتر کودکان را گاز می‌گیرند؟ (0+)
مرسدس، قوانین فیزیک را دگرگون کرد! (0+)
پرچم هند در ماه بالا می‌رود (0+)
داروی فشار خون، آلزایمر را هم درمان می‌کند (0+)
رابطه با انسان باعث تکامل سگ‌ها شده است! (0+)
ادامه ...