بخشی از مقاله
چکیده
در بررسی طرح ساخت وسیله جنگی دریایی، فلزات قلیایی از قبیل پتاسیم و سدیم و عناصر شیمیایی منجمله آهن و آلومینیوم و استفاده از مطالب معتبر علمی در خصوص جدول مندلیف و ذکر یک وسیله جنگی، بعنوان نمونه، راکت را توضیح داده، تا بتوان زمینه ذهنی برای مطرح نمودن مطالب مربوط به ساخت این وسیله جنگی را بیان نمود. چرا که نقش این فلزات را نمیتوان در ساخت راکت و جنگندهها ندید گرفت.
مقدمه
در اوایل سدهی نوزدهم میلادی، شباهت شیمیایی و فیزیکی عناصر توجه شیمیدانها را به خود جلب کرد. عناصر هر مجموعه دارای شباهتهایی هستند و وزن اتمی عنصر دوم در هر مجموعه تقریبا میانگین اوزان اتمی دو عنصر دیگر است. در سالهای بعد بسیاری از شیمیدانها برای طبقهبندی عناصر به صورت گروهها، بر مبنای شباهت خواص آنها تلاش کردند. مندلیف قانون تناوبی را مطرح کرد که میگفت: وقتی عناصر را به ترتیب افزایش وزن اتمیشان مطالعه میکنیم، شباهتهایی در خواص آنها به صورت تناوبی، مشاهده میشود. در جدول مندلیف، عناصر به گونهای تنظیم شده بودند که عناصر شبیه به هم در ستونهای عمودی موسوم به گروه ظاهر میشدند.
برای قرار دادن عناصر مشابه در زیر یکدیگر، مندلیف مجبور شد در جدول خود جاهای خالی برای عناصر کشف نشده منظور کند. او براساس سیستم خود توانست خواص سه عنصر کشف نشده را پیشبینی کند. کشف اسکاندیم، گالیم و ژرمانیم که خواص هر یک از آنها به خواص پیشبینی شده توسط مندلیف شباهت فراوانی داشت، اعتبار سیستم تناوبی را نشان داد
فلزات قلیایی
فلزات قلیایی به عناصر گروه اول جدول تناوبی گفته میشود که شامل فلزهای لیتیم، سدیم، پتاسیم، روبیدیم، سزیم و فرانسیم میباشد. هیدروژن گرچه در گروه اول قرار میگیرد ولی دارای خصوصیات متفاوتی نسبت به دیگر اعضای این گروه میباشد، لذا آن را در دسته فلزات قلیایی قرار نمیدهند. در گذشته انسان به این نکته پی برده که اگر خاکستر باقیمانده از سوختن چوب را با آب مخلوط کند، محلولی به دست میآید که میتواند چربیها را در خود حل کند. آنها این محلول را قلیا نامیدند. امروزه میدانیم که در خاکستر چوب برخی از ترکیبهای عنصرهای گروه اول جدول تناوبی وجود دارد از این رو عنصرهای این گروه را فلزهای قلیایی نامیدند.
این عنصرها بشدت با آب و هوا واکنش نشان میدهند، به همین علت آنها را در نفت یا پارافین نگهداری میکنند و فلزات نقرهفام رنگی هستند. آنها بسیار نرم بوده و به آسانی با چاقو بریده میشوند. سطح درخشان آنها در معرض هوا به علت اکسیداسیون کدر میشود. این فلزات بدلیل واکنشپذیری زیاد بطور آزاد در طبیعت یافت نمیشوند و معمولاً بصورت ترکیب با سایر عناصر هستند.
پتاسیم
پتاسیم با نماد شیمیایی k، یک فلز قلیایی است و عدد اتمی آن 19 میباشد. عنصر پتاسیم نرم و به رنگ نقرهای - سفید است. در هوا به آسانی اکسید میشود و با آب به شدت واکنش میدهد و تولید گرما میکند و در نتیجه باعث شعلهور شدن هیدروژن و واکنش آن میگردد. فلز قلیایی نرم با جلای نقرهای؛ سبک وزن؛ در هوای مرطوب به سرعت اکسیده میشود، از این رو در نفت نگهداری میشود.
پتاسیم و سدیم از نظر شیمیایی بسیار شبیهاند. خواص پتاسیم شبیه به سدیم است ولی میل ترکیبی آن شدیدتر است.
خصوصیات پتاسیم
خطر آتش سوزی؛ با آب واکنش میدهد و این عمل گرمازا است و گرمای حاصل از این عمل پتاسیم را ذوب و پراکنده میکند و هم چنین هیدروژن را آتش میزند؛ خاموش کردن آتشسوزی ناشی از پتاسیم مشکل است؛ برای خاموش کردن آن گرد خشک خاکستر سودا یا گرافیت یا مخلوطهای مخصوصی از مواد شیمیایی خشک پیشنهاد میگردد. میتواند خود به خود در هوای مرطوب آتش بگیرد.
در واکنشهای شیمیایی خطر نسبی انفجار به همراه دارد. فلز پتاسیم حتی اگر در زیر روغنهای معدنی انبار شده باشد میتواند در دمای اتاق پراکسید و سوپر اکسید تشکیل دهد؛ وقتی حمل میشود پاره شود ممکن است بهشدت منفجر شود. در جوهای بی اثر مانند آرگون و نیتروژن یا در مایعهایی مانند تولوئن یا کروزن که اکسیژن جذب نمیکنند یا در کپسولهای شیشهای که در خلائ یا جو بی اثر پر میشوند، نگهداری میشوند.
سدیم
سُدیم یک عنصر شیمیایی جدول تناوبی است که نماد آن Na و عدد اتمی آن 11 است. سدیم یک فلز واکنشدهنده نرم و مومی شکل است که به گروه فلزات قلیایی که از نظر ترکیبات طبیعی فراوان هستند - بویژه آب نمک و هالیدها - تعلق دارد. این عنصر بسیار واکنشدهنده است و با شعله زرد رنگی میسوزد. در آزمایشهای مربوط به هوا اکسید میشود و به شدت با آب واکنش میدهد. از این رو باید همیشه در زیر نفت یا روغن نگهداری شود.
ویژگیهای سدیم
سدیم در دمای معمولی اتاق آنقدر نرم است که با چاقو بریده میشود. رنگ سدیم سفید مایل به نقرهای است و در هوای آزاد واکنش داده و تیره رنگ میشود. سدیم عنصری بسیار واکنش دهنده است و از این جهت هرگز به صورت آزاد در طبیعت یافت نمیشود. سدیم در آب غوطهور شده و آن را تجزیه کرده هیدروژن آزاد میکند و هیدرواکسید میسازد. سدیم در آب فوراً آتش میگیرد ولی در آزمایشهای مربوط به هوای معمولی در دمای زیر 388 کلوین آتش نمیگیرد. رنگ سدیم در فشار بالا تغییر میکند، در فشار 1/5 بار سیاه رنگ، در فشار 1/9 بار به یک ماده قرمز شفاف تبدیل میشود و پیشبینی میشود برای تبدیل شدن به مادهای کاملاً شفاف به فشار 3 بار نیاز است. دگرشکلی سدیم در فشار بسیار بالا اتفاق میافتد.
واکنش سدیم با آب
سدیم در حالت پودر در آب خاصیت انفجاری خواهد داشت و با عناصر دیگر به راحتی تجزیه و ترکیب میشود. همیشه باید با ان عنصر با مراقبت کامل کار کرد و باید در نفت یا روغنهای مخصوص نگهداری نمود. [4]
منیزیم
منیزیم فلزی است به رنگ سفید تا نقرهای با نماد Mg ، عدد اتمی 12، هشتمین عنصر فراوان در پوسته زمین و سومین عنصر فراوان و محلول در آب دریاست.
منیزیم در گروه دو - IIA - جدول تناوبی به عنوان فلز قلیایی خاکی قرار دارد.
مشخصات منیزیم
منیزیم در حالت پودری، گرم میشود و زمانی که در معرض هوا قرار میگیرد، آتش گرفته و با شعلهای به رنگ سفید میسوزد. این فلز قلیایی خاکی عمدتاً به عنوان یک عامل آلیاژ دهنده برای ساخت آلیاژهای آلومینیوم- منیزیم استفاده میشود.
واکنش منیزیم با آب
فلز منیزیم در دمای اتاق تحت تأثیر آب قرار نمیگیرد منیزیم عموماً یک فلز با واکنش آهسته است. فعالیت آن با افزایش سطح اکسیژن افزایش می یابد. منیزیم با بخار آب واکنش داده تولید منیزیم هیدروکسید میکند و در عین حال گاز هیدروژن متصاعد میشود.
شعلهی منیزیم را نمیتوان با آب خاموش کرد و اگر برای خاموش کردن آن با آب کوشش کنید با گاز هیدروژن واکنش شدیدی خواهد داد. برای خاموش کردن بهترین راه ریختن خاک بر روی آن است.
سوختن منیزیم
منیزیم یکی از فلزات قلیایی خاکی است و یکی از فلزات موجود در پوستهی زمین است، سفید براق و نسباتا نرم، در هوا با نور درخشانی میسوزد و به همین دلیل در آتشبازی آز آن استفاده میشود. حرارت بالای ایجاد شده باعث میشود که منیزیم مقداری با نیتروژن هوا واکنش دهد. منیزیم در محیطهای با مقدار فراوان دیاکسید کربن هم میسوزد. در هنگام سوختن منیزیم، مقداری نور ماوراءبنفش تولید میشود، بنابراین از نگاه کردن مستقیم به آن خودداری کنید. در هنگام سوختن منیزیم دما بسیار بالا است، از لمس کردن آن یا ارتباط آن با مواد آتشگیر خودداری کنید. به دلیل اشتعال منیزیم با دیاکسید کربن از خاموش کردن آتش آن با کپسول آتشنشانی کربن دیاکسید خودداری کنید.
عناصر شیمیایی
عنصر شیمیایی، در دانش شیمی به مادهای گفته میشود که اتمهای آن، تعداد پروتونهای برابر در هستهی خود داشته باشند. این عدد - تعداد پروتونها - که با نماد Z نشان داده میشود، عدد اتمی آن عنصر نام دارد. همه اتمهایی که دارای تعداد پروتونهای برابر - عدد اتمی برابر - باشند، ویژگیهای شیمیایی یکسانی دارند.
عناصر شیمیایی میتوانند در هنگام واکنش شیمیایی با یکدیگر ترکیب شده و تعداد بیشماری ماده شیمیایی بوجود آورند.
آهن
آهن با نماد شیمیایی Fe، نام یک عنصر شیمیایی با ع دد اتمی 26 که در نخستین دوره فلزهای واسطه جای دارد. آهن از نظر جرمی، بزرگترین عنصر سازنده زمین است. آهن دارای سطوح صاف و نقرهای براق مایل به رنگ خاکستریست اما وقتی در هوا با اکسیژن ترکیب میشود به رنگ قرمز یا قهوهای در میآید که به آنها اکسید دارای ترکیبات آهن یا زنگ گفته میشود. کریستالهای خالص آهن نرمه - نرمتر از آلومینیوم - و با اضافه کردن مقدار کمی ناخالصی مانند کربن مقدار قابل توجهی تقویت میشود. مقادیر مناسب و کمی - تا چند درصد - از فلزات دیگر و کربن، تولید فولاد میکند که می تواند 1000 بار سختتر از آهن خالص باشد. قسمتهای آهن اغلب برای مرتبط نمودن نتایج یک تست با تست دیگر به کار میرود
آلومینیوم
آلومینیوم، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای علامت Al و عدد اتمی 13 میباشد. آلومینیوم عنصری نقرهای و انعطافپذیر است که در صنعت برای تولید میلیونها محصول مختلف بکار میرود و در جهان اقتصاد، عنصر بسیار مهمی است.
چه از نظر کیفیت و چه از نظر ارزش، آلومینیوم کاربردیترین فلز بعد از آهن است و تقریبأ در تمامی بخشهای صنعت دارای اهمیت میباشد. آلومینیوم خالص، نرم و ضعیف است، اما میتواند آلیاژهایی را با مقادیر کمی از مس، منیزیوم، منگنز، سیلیکون و دیگر عناصر بوجود آورد که این آلیاژها ویژگیهای مفید گوناگونی دارند. این آلیاژها اجزای مهم هواپیماها و راکتها را میسازند.
آلومینیوم، فلزی نرم و سبک، اما قوی است، با ظاهری نقرهای - خاکستری مات و لایه نازک اکسایش که در اثر برخورد با هوا در سطح آن تشکیل میشود، چکش خوار، انعطافپذیر و به راحتی خم میشود. همچنین بسیار بادَوام و مقاوم در برابر زنگ خوردگی است. بعلاوه، این عنصر غیر مغناطیسی، بدون جرقه، دومین فلز چکشخوار و ششمین فلز انعطافپذیر است.
استیل
استیل ممکن است بر هر یک از مفاهیم زیر دلالت کند.
1. فولاد، آلیاژی از آهن و کربن
2. فولاد ضد زنگ، فولادی مقاوم در برابر خوردگی
3. استیل - گروه عاملی - ، با فرمول شیمیایی 3 COCH
راکت
موشک آزاد به اختصار موشک یا راکت نوعی هواگرد است که نیروی پیشرانه خود را از موتور راکت میگیرد. سوخت راکت در محفظهای در بدنه راکت قرار دارد.
موارد استفاده از راکت عبارتست از آتشبازی، جنگافزار و استفاده در شاتلها و سفرهای فضایی که به جستجو و سیر در سیارههای دیگر منجر میشود. در حالی که این وسیله در سرعتهای پایین کماستفادهاست ولی در مقایسه با دیگر پرتابهها دارای وزن بسیار کمتر و قدرت و موفقیت بهتری است زیرا از سوی یک نفر کنترل میشود. اساس کار راکت بر این مبنا استوار است که خروج گاز با فشار زیاد از یک طرف راکت موجب حرکت آن به طرف دیگر میشود.
طرح تحقیقی ساخت وسیله جنگی دریایی
در بررسی این طرح، با استفاده از کتب درسی و آشنایی با این مباحث در سطح پایه هشتم به شرح ساخت سفینه یا راکت یا وسیلهای جنگی دریایی پرداختم. که آوردن مطالب مطرح شده در مقاله به دلیل کمک به شکلبندی مباحث مقاله میباشد و اینکه نکته یا مطلبی ناگفته نماند.
باتوجه به مطالب در متن مقاله، طرح پیشنهادی را در قالب ذکر موارد ذیل بیان مینمایم:
1. استفاده از دو لایه از فلز پتاسیم به صورت نیم دایره دارای سطح انحنای کم
2. قرار دادن لایهای نازک از ورق آلومینیوم بر روی سطح منحنیوار نیم دایره اول از فلز پتاسیم
3. ریختن مواد احتراقی و باروت بر روی لایه آلومینیوم قرارداده شده بر سطح پتاسیم
4. استفاده از فلز منیزیم به عنوان اتصال دهنده بین فلز پتاسیم و موارد احتراقی و باروت
5. پوشاندن و یا بستن این سطح پر از مواد احتراقی با سطحی نیم دایرهوار دیگر از فلز پتاسیم
6. استفاده از سه سطح براق فلزی مستطیل شکل که یکی به عنوان سطح زیرین و دوتای دیگر به صورت 120 درجه در طرف سطح زیرین قرار گرفتهاند، که میتوانند به عنوان سکوی پرتاب یک سفینه مورد استفاده قرار بگیرند.
در تکمیل توضیح این طرح اینگونه میشود گفت:
فلز پتاسیم و سدیم به عنوان دو فلز با خواص مشابه، به صورت جایگزین میتوانند به کار روند و منیزیم به عنوان عاملی اتصال دهنده با هر یک از دو فلز میتواند واکنش نشان دهد.
از آهن، آلومینیوم و استیل میتوان به عنوان سطح زیرین مواد احتراقی و باروت استفاده نمود. به اعتقاد اینجانب از آلومینیوم به صورت ورق و از آهن به صورت پایه و از استیل به صورت هر دو شکل ورقی و پایهای میتوان استفاده کرد.
اما در توضیح اینکه چرا سطوح منحنی دایره شکل را به عنوان طرح بیان نمودم، میتوان گفت که راه تصویرسازی ذهنی آن را اینگونه سادهتر دیدم.
استفاده از این طرح میتواند بعنوان راکت یا وسیلهای جنگی در کشتیها، در دریاها به کار رود و نمیتوان در سطح آزمایشگاهی و به صورت خطا و آزمایش به کار رود چرا که هزینهآور و بسیار پرخطر میباشد. ساخت و استفاده از این مواد به گستردگی طرح بستگی دارد و اینجانب به توضیح اشکال در سطح مطالب بالا بسنده و از آوردن طرحهای ذهنی به صورت اشکال مختلف خودداری نمودم چرا که میتوان در ساخت، به صورتهای مختلف استفاده کرد.
این راکت در هنگام برخورد با بدنه کشتی و واکنشپذیری سریع با آب دریا میتواند به عنوان وسیلهای جنگی به کار رود.
نتیجهگیری
با شناخت عناصر شیمیایی، فلزات مختلف و ویژگیهای آنها، میتوان در اشکال مختلف و در ابعاد گوناگون از آنها در پیشرفت تکنولوژی استفاده نمود. یکی از پرکاربردترین استفادهها در دنیای رو به رشد امروزی، راکت و وسایل دفاعی یا جنگی میباشد که نمیتوان در آنها نقش این مواد را نادیده گرفت
