داستان کشف عنصر«فسفر»

درسال 1669یکی ازکیمیاگران آلمانی به نام هنینگ براندسعی می کرد که ازموادارزان قیمت طلا بسازد .ازآنجاکه طلاراکاملترین فلزات می دانستند کیمیاگران آن رافلزاصیل می نامیدند.براند،استدلال می کرد که هیچ چیزاصیل ترازتن آدمی وموادی که به آن مربوط است نمی باشد .بنابراین ،شایدامکان داشته باشد که چیزهایی که مربوط به تن آدمی است قابل تبدیل به فلزاصیل یعنی طلاباشند.با این فکر براند کمی پیشاب انسان را با ماسه مخلوط کرد و آن ها را در اجاقی حرارت داد . ما نمی دانیم که چرا او ماسه را انتخاب کرد ولی این برای کیمیاگران غیر معمول نبود . که چیزهای عجیب و غریب را با هم مخلوط کنند و حرارت دهند . براند وقتی که مخلوط عجیب خود را از روی اجاق برداشت و سرد کرد دید به شدت در تاریکی می درخشند . البته براند طلا ساخته بود ، ولی ماده ای نرم و سفید و براق به دست آورده بود . این ماده در ترکیبی که در پیشاب انسان محلول بود، وجود داشت ولی براند این را نمی دانست اولین ماده ی درخشان را فسفر نامید که کلمه ای است یونانی و به معنای «نورانی و درخشان » می باشد فسفر یکی از عناصر شد ، زیرا نمی شد آن را به مواد ساده تری تجزیه کرد .

انرژی و انواع آن

انرژی توانایی کردن کار است . کار وقتی انجام می شود که فعالیت وجود داشته باشد . امواج دریا ، کشتیها ، لوکوموتیوها ، ورزشکاران ، مولکول های اتم ها هنگامی که در حرکتند نمونه ای از فعالیتند . ما اکنون می دانیم که گرما شکلی از انرژی است زیرا گرما واقعاً لرزش یا حرکت اتم ها است . انرژی به اشکال دیگری نیز وجود دارد . انرژی های الکتریکی ، نورانی ، مکانیکی ، شیمیایی و چندین انرژی دیگر . این ها شکل های مختلف اتم یا گروهی از اتم و یا قسمت هایی از اتم هستند که در حرکتند . انرژی را موقعی که کار واقعاً در حال انجام باشد ، انرژی جنبشی یا انرژی سینیتیک (Cinetique ) می نامند . هواپیمای در حال پرواز و یا ورزشکار در حال دو ، نمونه هایی از انرژی جنبشی هستند . انرژی آماده برای کار را انرژی ذخیره ای (پتانسیل Potential ) می نامند .یک لیتر بنزین در یک اتومبیل ویا زیرزمینی پراز زغال سنگ ، نمونه هایی از انرژی پتانسیل هستند و وقتی بنزین به وسیله ی موتور اتومبیل مصرف می شود ، انرژی پتانسیل به انرژی سینیتیک حرکت ماشین به روی جاده تبدیل می شود و اتومبیل در حرکت ام ، انرژی سینتیک میلیون ها در میلیون ها اتم است که همه در یک جهت فضا پیش می روند .

انرژی عبارتنداز : شیمیایی ، گرمایی ، مکانیکی الکتریکی ، نورانی ، صوتی ، پتانسیل ، جنبشی ، هسته ای و سینیتیک . 

تاریخچه اتم

این عقیده که اتم ها اجزای سازنده ی جهان هستند فکر تازه ای نیست . بیش از دو هزار سال پیش دموکریت Democritus فیلسوف یونانی این نظریه را پیش کشید که جهان از ذرات بسیار ریز فناناپذیر ساخته شده اند . اما تا سده ی نوزدهم به این نظریه توجهی شد . در آغاز قرن گذشته  جان دالتون دانشمند انگلیسی ، درباره ی ساختمان اتم ، بر پایه ی دانش امروزی نظریه ای ابراز کرد . وی عقیده داشت که هرعنصری از اتم نوع خاص خود را دارد و همه ی اتم های یک عنصر یک نوعند . این نظریه کم و بیش تا به امروز حفظ شده است . آگاهی امروزی ما از اتم در نتیجه ی کار همراه با شکیبایی پیشراهان قرن بیستم ، یعنی نیلز بوهردانمارکی ، تامسن ، واترفورد ، چدویک انگلیسی ، هایزنبرگ آلمانی ، ماری کوری و پیرکوری فرانسوی و چندین نفر دیگر بدست آمده است . از هنگامی که دانشمندان به راز « شکستن اتم » پی بردند و به ساختمان و طرزکار اتم           آگاه شدند ، در اتم ، علاوه بر الکترون ، پروتون و نوترون ، ذرات دیگری چون پوزتیرون Positron و مزون Meson نیز کشف شد . پوزتیرون در اندازه شبیه الکترون است ولی دارای الکتریسته ی مثبت . مزون بزرگتر از الکترون است و           می تواند مثبت ، منفی یا خنثی باشد . 

اتم چیست

همه چیز در جهان ، از باکتریهای ذره بینی و ویروس هایی که از میکرون (Micron ، یک هزارم میلیمتر ) کوچکترند ، تا ستارگان و کهکشان هایی که میلیون ها کیلومتر از ما دورند ، از اتم ساخته شده اند . اتم ها آن قدر ریزند که با نیرومند ترین میکروسکوپ ها نیز دیده نمی شوند . در سر یک سنجاق 000/000/000/000/000/000 /55 اتم وجود دارد ، اگر بتوانیم سرسنجاق را به اندازه ی یکی از عظیم ترین بناها بزرگ کنیم ، هر اتم آن مثل مگسی خواهد بود ، که روی یکی از ستون ها بخزد .

اتم ها هم از ترکیب سه ذره ی اصلی به نام های الکترون (Electron  )، پروتون (Proton ) و نوترون (Noutron ) ساخته شده است . الکترون واحد الکتریسته ی منفی ، پروتون واحد الکتریسته مثبت ، و نوترون از لحاظ الکتریکی خنثی است. ترکیب های مختلف ذرات اصلی ، اتم های متفاوتی را به وجود          می آورند . هر جسمی که از تعداد اتم های  همجنس جدا شود ، عنصر یا جسم ساده نامیده می شود .

تا کنون درجهان 109 عنصر شناخته شده است کربن ، اکسیژن ، آهن و زیبق (جیوه ) نمونه هایی از عناصرند که از یک نوع اتم ساخته شده اند . اجسام مرکب موادی هستند که از دو نوع اتم یا بیشتر ساخته شده اند . آب ، گازکربینیک ،کولروفورم ،  نمک طعام و آموکیان نیز از مرکباتند .

درون اتم :

پروتون ها با هم هسته ی اتم را می سازند . الکترون ها روی مداری به دور هسته می چرخند . اتم گاز هیدروژن که ساده ترین اتم هاست تنها یک الکترون دارد و هسته ی آن نیز فقط یک پروتون است . اتم هلیوم Helium گازی که پیش از این برای پرکردن کشتیهای هوایی به کار می رفت ، ساختمانی پیچیده تر دارد . این اتم شامل دو الکترون در مدار و هسته ای مرکب از 2 پروتون و2 نوترون است . اتم کربن که جزء اصلی زغال و مواد معمولی است ، باز هم ساختمان پیچیده تری دارد . این اتم از 6 الکترون به دور هسته ای مرکب از 6 پروتون و 6 نوترون درست شده است . اتم های دیگر بازهم پیچیده ترند . اتم پلاتین (طلای سفید ) فلز گرانبهایی که برای ساختن گوهر و ابزار الکتریکی به کار می رود ، دارای 78 الکترون در مدار است . این الکترون ها در 6 پوسته ، به دور هسته ای که مرکب از 195 پروتون و نوترون می چرخند . کالیفرنیوم Calfornium یکی ازعناصری که اخیر کشف شده . اتمی با 98 الکترون در پومنته دارد و هسته اش شامل 248 پرتون و نوترون است . 

روش جایگزین

یک روش جایگزین ، کشیدن بلور از مذاب در هنگام رشد آن است. در این روش یک دانه بلوری در داخل ماده مذاب قرار داده شده و به‌آهستگی بالا کشیده می‌شود و به بلور امکان رشد بر روی دانه را می‌دهد. معمولا در هنگام رشد ، بلور به‌آهستگی چرخانده می‌شود تا علاوه بر هم زدن ملایم مذاب از هر گونه تغییرات دما که منجر به انجماد غیر همگن می‌شود، متوسط گیری کند. این روش ، روش چوکرالسکی (Czochoralski) نامیده می‌شود.

پالایش ناحیه‌ای و رشد ناحیه شناور

استفاده از ناحیه مذاب متحرک به‌خصوص وقتی که رفت و برگشتهای متعددی در راستای شمش انجام می‌پذیرد، موجب خلوص قابل توجهی در ماده اولیه می‌شود. این فرایند ، پالایش ناحیه‌ای نامیده می‌شود. تکنیکهای متداول برای ذوب شمش عبارتند از : تابش گرما از یک گرماده مقاومتی ، گرمایش القایی و گرمایش بوسیله بمباران الکترونی در فصل مشترک مایع و جامد که در حال انجماد است. توزیع خاصی از ناخالصی‌ها بین دو فاز وجود خواهد داشت؛ کمیت مهمی که این ویژگی را مشخص می‌کند، ضریب توزیع Distribution Coefficient است که به‌صورت نسبت تراکم ناخالصی در جامد به تراکم آن در مایع در حالت تعادل تعریف می‌شود.
ضریب توزیع تابعی از ماده ، ناخالصی دمای مرز مشترک بین جامد و مایع و سرعت رشد است. اگر مرورهای متعددی صورت گیرد، طول بیشتری از شمش خالص شده و پس از مرورهای متعدد اکثر ناخالصی‌ها به انتهای شمش کشیده می‌شود که می‌توان آن را برید و جدا کرد و در نتیجه یک بلور با خلوص خیلی زیاد باقی می‌ماند. ضریب توزیع که روند پالایش ناحیه‌ای را کنترل می‌کند، در هر گونه رشد از مذاب نیز اهمیت دارد.