المپياد جهاني شيمي
 از قلب ستارگان تا راز کوانتمی اکسیژن
از قلب ستارگان تا راز کوانتمی اکسیژن زنگ تفريح شيمي
بخش دوم
 
 
 اکسیژن هشت الکترون دارد. دو الکترون در لایه‌ی نزدیکتر به هسته به دور آن می‌گردند و شش الکترون در لایه‌ی بیرونی قرار گرفته‌اند. لایه‌ی بیرونی یا لایه‌ی ظرفیت می‌تواند با هشت الکترون کامل شود. به همین دلیل واکنش‌پذیری بالای اکسیژن که به دو الکترون اشتراکی نیاز دارد توجیه می‌شود.
 
جالب است بدانید...
 
 
 
 
   اکسیژن در حالت گازی بی‌رنگ است، اما در حالت مایع، آبی روشن دیده می‌شود.
 
  یک استخر حاوی اکسیژن مایع بسیار بسیار سرد است و در واقع دمایی حدود ۱۸۳- درجه‌ی سلسیوس دارد.
 
   کمبود اکسیژن برای دستگاه تنفسی بسیار خطرناک است. به طوری که ۱۲ ساعت تنفس با هشتاد درصد اکسیژن (بجای صد درصد) منجر به تحریک سیستم تنفسی و در نهایت مرگ می‌شود.
 
   اکسیژن در فشارهای بالا مولکول سرسختی است و می‌تواند تا فشاری ۱۹ میلیون بار بیشتر از فشار اتمسفر مقاومت کند.
 
   کم‌ترین میزان اکسیژن در خون در سال ۲۰۰۹ در نزدیکی قله‌ی اورست اندازه‌گیری شد. این میزان که در اورست ۳.۲۸ کیلوپاسکال بود، در حالت عادی ۱۲ تا ۱۴ کیلوپاسکال است. کمبود اکسیژن در این نواحی باعث شده تا کوهنوردان نام آن را «منطقه‌ی مرگ» بگذارند.
 
   امروزه سهم اکسیژن در اتمسفر ۲۱ درصد است. در ۳۰۰ میلیون سال گذشته که این عدد ۳۵ درصد بوده، حشرات بسیار بیشتر رشد می‌کردند. مثلاً بال‌های یک سنجاقک، به ابعاد بال‌های یک شاهین بوده است.
 
 
 
پژوهش‌های فعلی:
در قلب ستاره‌ها، اکسیژن با ادغام یک عنصر کربن۱۲ و یک هسته‌ی هلیوم4 (یا همان ذره‌ی آلفا) تولید می‌شود. تا پیش از سال‌های اخیر محققان هنوز ساختار درون اتم اکسیژن را نمی شناختند.
 
 
 
اکسیژن ثبت شده در طیف گرفته شده از سحابی جبار (شکارچی)
 
 
در ماه مارس سال ۲۰۱۴، دین لی (Dean Lee) فیزیکدان دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی و همکارانش اعلام کردند که موفق شدند ساختار اتمی اکسیژن را در حالت پایه و اولین حالت برانگیخته بررسی کنند. این مسئله مهم است، زیرا تبدیل کربن به اکسیژن و سپس به اتم‌های سنگین‌تر، در حقیقت بلوک‌های جهان ما را می‌سازد.
 
لی دریافت که یک هسته‌ی اتم کربن۱۲ با شش پروتون و شش نوترون، در واقع از سه گروه ذره ساخته شده است که هر کدام شامل دو پروتون و دو نوترون هستند. محققان استدلال می‌کنند که اگر کربن۱۲ سه گروه موسوم به آلفا داشته باشد، احتمالاً اکسیژن۱۶ چهار گروه خواهد داشتکه شامل هشت پروتون و هشت نوترون می‌شوند.
 
پژوهشگران با استفاده از شبیه‌سازی ابررایانه‌ها و شبکه‌های عددی، دریافتند که چگونه ذرات در هسته‌ی یک اکسیژن16 چینش می‌شوند. آن‌ها متوجه شدند که در حالت پایه، در اکسیژن چهار گروه آلفا وجود دارد که به شکل چهار ضلعی مرتب شده‌اند. دین لی می‌گوید: «این گروه‌های آلفا حوزه‌های کروی دارند که سطوح آن‌ها می‌توانند با هم تعامل داشته باشند.»
 
اما هنوز یک راز کوانتومی دیگر برای فاش شدن وجود دارد. حالت پایه‌ی اکسیژن و نخستین حالت برانگیخته‌ی آن در یک ویژگی با هم مشترک هستند. هردوی آن‌های یک اسپین یکسان دارند. اسپین یعنی جهت چرخش ذرات به دور خودشان. همچنین هر دوی آن‌ها پاریته‌ی مثبت دارند که تقارن را نشان می‌دهد. ذراتی با پاریته‌ی مثبت در مقابل یک آینه‌ی فرضی به شکل خودشان دیده می‌شوند. اما ذراتی با پاریته‌ی منفی در آینه معکوس دیده می‌شوند. مانند یک جمله که در آینه برعکس خوانده می‌شود. بر اساس گفته‌ی دین لی سوال اینجاست که چگونه حالت پایه‌ی اکسیژن۱۶ اسپین صفر و پاریته‌ی مثبت را همزمان دارد.
 
شبیه‌سازی‌ها یک پاسخ برای این سوال ارائه می‌دهند. چینش ذرات هسته‌ی اکسیژن در حالت برانگیخته‌ی اول اساساً شبیه حالت پایه است. در حقیقت چینش صفحه‌ی مربعی به جای چینش چهار وجهی اتخاذ می‌شود. این پیکربندی‌های متفاوت به پاریته‌ی یکسانی منجر می‌شوند.البته اکسیژن ویژگی‌های کوانتومی بسیاری دارد که باید بیشتر بررسی شوند و محققان هنوز در ابتدای راه بررسی این عنصر هستند.
 
 
 
 
پدیده‌ی جالب دیگری که درباره‌ی اکسیژن وجود دارد، به حوزه‌ی زمین‌شناسی و اقلیم‌شناسی برمی‌گردد. بررسی دانشمندان نشان می‌دهد که اکسیداسیون بزرگ در ۲.۴ میلیارد سال قبل می‌بایست راه پیدایش و تکامل جانوران را هموار کرده باشد. اما جالب است بدانید که نخستین حیوانات، تنها ۶۰۰ میلیون سال قبل بر روی کره‌ی زمین ظاهر شده‌اند.
 
علت این پدیده نیز همچنان نامعلوم است. در حال حاضر دانیل میلز (Daniel Mills)، دانشجوی دکترای دانشگاه دانمارک، در حال بررسی این مسئله است. او کار خود را از اسفنج‌ها شروع کرده است. زیرا احتمالاً اسفنج‌ها اولین گونه‌هایی بودند که در بسیاری موارد به حیوانات شباهت دارند. اسفنج‌ها اکسیژن زیادی مصرف نمی‌کنند. امروزه نیز حیواناتی بر روی کره‌ی زمین هستند که برای زنده ماندن اکسیژن زیادی نمی خواهند. کرم نماتود (nematode worms) از جمله‌ی این حیوانات است. این موجود در مناطق کم اکسیژن اقیانوس‌ها زندگی می‌کند.

منبع: 

 

منابع مفید:
 

1395/3/28لينک مستقيم

نظر شما پس از تاييد در سايت قرار داده خواهد شد
نام :
پست الکترونيکي :
صفحه شخصي :
نظر:
تاییدانصراف
 المپياد شيمي

 

     

 

 

صفحه‌ي اصلي

     

 

راهنماي سايت

     

 

 

آموزش

     

 

بانك سوال

     

 

 

مسابقه

     

 

 

زنگ تفريح

     

 

 

مصاحبه و گزارش

     

 

 

معرفي كتاب

     

 

 

مشاوره

     

 

 

پرسش‌و‌پاسخ‌علمي

     

 

اخبار

 

فعاليت‌هاي علمي

 سايت‌هاي المپياد شيمي
 پيوندها
 بازديدها
كاربران غيرعضو آنلاينكاربران غيرعضو آنلاين:  4056
 كاربران عضو آنلاين:  0
  کل كاربران آنلاين:  4056