سايت شيمي و آزمايشگاه شيمي

تاریخچه

نخستین وسیله واقعی علمی را برای اندازه‌گیری درجه حرارت در سال 1592 گالیله اختراع كرد وی برای این منظور یك بطری شیشه‌ای گردن باریك انتخاب كرده بود. بطری با آب رنگین تا نیمه پر شده و وارونه در یك ظرف محتوی آب رنگینی قرار گرفته بود. با تغییر دما هوای محتوی بطری منبسط یا منقبض می‌شد و ستون آب در گردن بطری بالا یا پایین می‌رفت. وسیله گالیله مقیاسی واقعی برای سنجش دما نبود به طوری كه وسیله وی بیشتر جنبه دما نما داشت. تا جنبه دماسنج در سال 1631ری تغییراتی را در دمانگار گالیله پیشنهاد كرد. پیشنهاد وی همان بطری وارونه گالیله بود كه در آن فقط سرد و گرم شدن از روی انقباض و انبساط آب ثبت می‌شد.

در سال 1635 دوك فردینالند توسكانی، كه به علوم علاقه‌مند بود دماسنجی ساخت كه در آن از الكل (كه در دمایی خیلی پایین‌تر از دمای آب یخ می‌بندد.) استفاده كرد. و سر لوله را چنان محكم بست كه الكل نتواند تبخیر شود.سرانجام در سال 1640 دانشمندان آكادمی لینچی در ایتالیا نمونه‌ای از دماسنج‌های جدیدی را ساختند كه در آن جیوه به كار برده و هوا را دست كم تا حدودی از قسمت بالای لوله بسته خارج كرده بودند. توجه به این نكته جالب است كه در حدود نیم قرن طول كشید تا دماسنج كاملاً تكامل یافت.

به دنبال كشف دماسنج گابریل، دانیل فارنهایت دانشمند هلندی در قرن هفدهم نوعی دماسنج گازی و الكلی ساخت كه با دقت اندازه‌گیری بیشتری می‌تواند دمای هوا را اندازه‌گیری كند. او به سال 1714 میلادی دماسنج جیوه‌ای را طراحی و با ضریب دقت بالایی با شیوه‌ای خاص درجه‌بندی نمود. فارنهایت نتایج تحقیقات خود را در سال 1724 میلادی منتشر ساخت.

آندرس سیلیسیوس دانشمند سوئدی به سال 1723 دماسنج جیوه‌ای را به صد قسمت مساوی تقسیم‌بندی نمود. اندازه‌گیری دمای هوا به روش سانتیگراد، (سیلیسیوس) به نام پرافتخار ایشان ثبت شده است.

ژول دانشمند انگلیسی با اعتقاد به این كه گرما نوعی انرژی است آزمایش‌های فراوانی در این راستا به انجام رسانید. او با اندازه‌گیری اختلاف دمای آب در بالا و پایین یك آبشار صد و ده متری روی تبدیل انرژی پتانسیل آب به گرما بررسی‌های فراوانی به انجام رسانید. پس از انجام این بررسی‌ها او به این نتیجه رسید كه مقدار انرژی در جهان ثابت است فقط می‌تواند از صورتی به صورت دیگر تبدیل شود. پس اجسام می‌توانند در حالت تعادل گرمایی وجود داشته باشند. ژول در سال 1843 اظهار داشت كه هرگاه مقدار معینی از انرژی مكانیكی به نظر ناپدید آید، همراه آن مقدار معینی گرما ظاهر شده است و این دلالت بر پایستگی چیزی دارد كه امروزه آن را انرژی می‌نامیم. ژول می‌گوید كه او خشنود است از اینكه عوامل بزرگ طبیعت به فرمان خالق فناناپذیر هستند و اینكه هرگاه (انرژی) مكانیكی صرف شود هم ارز گرمایی دقیقی از آن به دست می‌آید.

این گفته را ژول با كار خود در آزمایشگاه به دست آورده بود او اساساً مرد عمل بود و وقتی اندك برای تفكرات فلسفی درباره‌ یافته‌های خود داشت. در حالی كه دیگران بر مبنای استدلالهای ذهنی به همان نتیجه رسیده بودند كه مقدار كل انرژی در جهان ثابت است.

اینك پس از سالها گذر از نظریات ارزشمند دانشمندان انسان توانسته است با بكارگیری روابط و قوانین انرژی گرمایی را بیشتر شناخته و در نیروگاههای تولید برق، كارخانه‌های فولاد سازی، نیروگاههای هسته‌ای، موتور هواپیمای غول پیكر و هزاران هزاران پدیده او را مهار ساخته و بكار گیرد.

تعریف دماسنج

میزان الحراره که سرما و گرما را نشان میدهد، این لفظ فرانسوی است و در فارسی مستعمل است لیکن هنوز جزء زبان نشده است (فرهنگ نظام). ماخوذ از ترموس بمعنی گرما و مترون بمعنی اندازه یونانی و آلتی است که از روی آن میزان گرما اندازه گیری میشود و معمولا از یک لوله شیشه ای که دو طرف آن بسته و در قسمت پایین آن مخزنی پر از جیوه یا الکل تعبیه شده است تشکیل می گردد برای مدرج ساختن آن، ترمومترهای جیوه ای را در ظرف بخار آبی که در حال جوش است (کنار دریا) قرار میدهند، جیوه بر اساس خاصیت انبساط اجسام در مقابل حرارت در لوله بالا میرود ودر نقطه ای که توقف می کند آن نقطه را با عدد 100 علامت می گذارند. سپس مخزن جیوه را در خرده یخ در حال گداز می گذارند. جیوه از لوله پائین می آید و در نقطه ای متوقف می شود که آن را، نقطه صفر میزان الحراره فرض می کنند و در حقیقت نقطه انجماد آب یا نقطه ذوب یخ است. آنگاه میان این دو رقم را با اعداد علامت گذاری نموده که هر قسمت را یک درجه نامند. و اینگونه ترمومترها که به صد درجه تقسیم شده اند ترمومتر سانتی گراد می نامند. چه غیر از این درجه بندی انواع دیگری نیز وجود دارد که از آنجمله است ترمومتر رئومور و ترمومتر فارنهایت. ترمومتر رئومور - در این گرماسنج نقطه یخ یا صفر درجه سانتی گراد برابر است ولی نقطه غلیان آب در این گرماسنج 80 درجه است چه دانشمند فرانسوی در گرماسنج خود بین نقطه انجماد آب یا ذوب یخ و نقطه غلیان آب را 80 درجه تقسیم کرده و بالنتیجه 80 درجه ترمومتر رئومور برابر با صد درجه ترمتر سانتیگراد میباشد.

محدوده کاری دماسنج

باید توجه داشت که با ترمومترهای جیوه ای نمی توان سرماهای کمتراز 35 درجه زیر صفر را اندازه گیری کرد زیرا جیوه در 39 درجه سانتی گراد زیر صفر منجمد میشود. از این روی برای اندازه گیری سرماهای شدید از ترمومترهای الکلی استفاده می کنند زیرا الکل در 120 درجه سانتی گراد زیر صفر مایع است و بالعکس در 78 درجه سانتی گراد بجوش می آید.

دماسنج مایعی

این نوع دماسنج یکی از رایج ترین انواع دماسنجهای مورد استفاد درصنعت و غیره می باشد. عمدتا این نوع دماسنج را بعنوان دماسنجهای جیوه ای یا الکلی می شناسیم. اين دماسنج ها مطابق شكل زير از يك لوله شيشه اي باريك سربسته (خالي از هوا) متصل به يك مخزن تشكيل شده اند. مخزن پر از جيوه (يا الكل) است. با بالا رفتن دماي مايع درون مخزن، حجم آن بيشتر مي شود (انبساط مي يابد) و مايع در لوله باريك بالا مي رود و سطح بالايي آن در ارتفاع بالاتري قرار مي گيرد. از ارتفاع مايع در لوله باريك مي توان براي اندازه گيري دما استفاده كرد، زيرا هرچه دما بالاتر باشد، ارتفاع مايع بيشتر و هر چه دما كمتر باشد، ارتفاع مايع كمتر است.

دماسنج جیوه ای را می توان برای اندازگیری دما از 37.8 درجه سانتیگراد زیر صفر تا 315 درجه سانتی گراد استفاده نمود. اما اگرفضای بالای سطح جیوه را از گاز ازت پر نمایند، می توان تا دمای 538 درجه از آن استفاده نمود.

روش مدرج كردن يك دماسنج جيوه اي (يا الكلي)

براي مدرج كردن دماسنج به دو دماي ثابت و قابل دسترس مثلاً دماهاي جوش و انجماد آب نياز داريم. اين نقاط را نقطه هاي ثابت دماسنجي مي نامند. دماي كم را نقطه پايين و دماي زياد را نقطه بالاي دماسنجي مي گويند. رايج ترين نحوه انتخاب اندازه دماي مربوط به هر ارتفاع از ستون مايع در دماسنج و تعيين نقاط ثابت دماسنجي، روش درجه بندي (يا مقياس) سلسيوس است. در درجه بندي سلسيوس نقطه پايين برابر دماي يخ در حال ذوب است كه آنرا برابر صفر و نقطه بالايی، دماي بخار آب جوش مي باشد كه آنرا برابر صد در نظر مي گيرند. سپس بين اين دو نقطه را به صد درجه مساوي تقسيم مي كنند و هر قسمت را «يك درجه سلسيوس» مي نامند. درجه سلسيوس با نماد ^oC نشان داده مي شود. توجه داشته باشید که هنگام مشخص كردن نقطه پايين دماسنج، مخزن دماسنج بايد كاملاً درون مخلوط يخ و آب قرار گيرد و نيز موقع مشخص كردن نقطه بالا، مخزن دماسنج بايد در تماس كامل بخار آب باشد.

لوله دماسنج بايد خالي از هوا باشد، زيرا در صورت وجود هوا در لوله، جيوه داخل آن نمي تواند به راحتي بالا رود و در نهايت انبساط جيوه و هوا موجب شكستن لوله دماسنج خواهد شد.

نحوه استفاده از دماسنج (روش کاربا دماسنج)

براي اندازه گيري دما توسط دماسنج آن را در تماس با جسمي كه مي خواهيم دماي آنرا اندازه بگيريم، قرار مي دهيم به گونه اي كه مخزن دماسنج در تماس كامل با جسم مورد نظر باشد. مدتي (حدود دو الي سه دقيقه) صبر مي كنيم تا ارتفاع مايع در لوله باريك دماسنج ديگر تغيير نكند. آنگاه عددي را كه در مقابل سطح مايع در لوله ثبت شده است مي خوانيم. اين عدد دماي آن جسم را نشان مي دهد.

نکته: هیچگاه از دماسنج  جهت همزدن استفاده نکنید. جهت همزدن مایعات از همزن شیشه ای استفاده نمائید.

چراغ گازي است که در آزمايشگاه هاي علمي به عنوان منبع تولید حرارت و انرژی گرمایی برای گرم کردن، سوزاندن و دیگر فعالیت های آزمایشی به طور گسترده استفاده مي شود و با گاز (متان، بوتان یا دیگر گازهای طبیعی) کار می کند.

اين ابزار به عنوان يکي از ابزارهاي اساسي دانشمندان براي گرم کردن مواد شيميايي يا جوش آوردن آب، استريل کردن اجسام کوچک، آماده کردن اسلايدهاي ميکروسکوپي، خم کردن لوله هاي شيشه اي و براي بسياري ديگر از اهداف مورد استفاده قرار مي گيرد. اين چراغ که اختراع يک شيمي دان آلماني به نام رابرت ويليام بونزن بود به اين نام ناميده شده است.

چراغ بونزن شامل يک لوله ي فلزي مستقيم با حدود 5 اينچ طول (حدود 13 سانتي متر) مي باشد که به يک پايه متصل است. قسمت پايين بوسيله ي يک لوله ي لاستيکي به منبع گاز روشنايي متصل مي باشد.

دهانه ي قابل تنظيم در قسمت پايه ي چراغ هوا را تنظيم مي کند. مخلوط هوا و گاز يک شعله ي بسيار داغ توليد مي کند. افشانک هايي در انواع مختلف مي توان بر روي سر چراغ براي کنترل شکل شعله نصب کرد.

اجزاء چراغ بونزن عبارتند از:

ورودی گاز، پایه، لوله منتقل کننده گاز، شیر یا دریچه تنظیم گاز، دریچه تنظیم هوا

شکل: چراغ بونزن و اجزاء اصلی آن

ورودی گاز یک لوله دندانه دار است که به داخل شیلنگ گاز فرو می رود و طوری ساخته شده که شیلنگ در آن محکم شود. هنگام نصب شیلنگ باید از این که گاز از آن نشت نمی کند مطمئن شد.

لوله منتقل کننده گاز لوله ای عمودی است که معمولاً در پایین آن، دریچه (شیر) تنظیم گاز قرار دارد که به وسیله آن می توان مقدار گازی که وارد چراغ می شود را تنظیم کرد.

دریچه ورودی هوا در پایین لوله یا در بالای آن قرار دارد و با گرداندنِ آن می توان مقدار هوایی که وارد لوله می شود را تنظیم کرد.

مهم ترین مزیت چراغ بونزن این است که می توان با استفاده از دریچه تنظیم هوا مقدار هوایی که وارد لوله می شود را کم یا زیاد کرد و به این ترتیب با تغییر نسبت هوا/گاز حرارت آن را تحت کنترل داشت.

اگر مقدار هوای کافی به گاز یا هر ماده سوختنی دیگر نرسد، اشتعال ناقص اتفاق می افتد و در واقع مقداری از گاز به صورت نسوخته و بدون آن که با اکسیژن ترکیب شود متصاعد می شود. شعله آبی نشان دهنده آن است که اشتعال کامل اتفاق افتاده و رنگ قرمز شعله و نیز دود کردن شعله نشان دهنده اشتعال ناقص است. در ساخت چراغ بونزن نیز از همین اصل استفاده شده است، هنگامی که دریچه هوا کاملاً باز باشد، هوا و گاز قبل از رسیدن به دهانه لوله چراغ، کاملا با هم مخلوط می شوند و به این ترتیب هنگام اشتعال تمام گاز می سوزد و در نتیجه شعله ای داغ تر داریم و رنگ آبی شعله نیز نشان دهنده اشتعال کامل است. هنگامی که دریچه تنظیم هوا را ببندیم، گاز فقط در هنگامی که از لوله بیرون می آید یعنی درست در دهانه لوله با اکسیژن برخورد می کند و چون اکسیژن کافی در اختیارش قرار نمی گیرد، اشتعال ناقص صورت می پذیرد و شعله ای کم حرارت تر به رنگ نارنجی و قرمز به وجود می آید.

 باز کردن شیر گاز تا آخرین حد آن موجب بزرگ تر شدن شعله می شود اما حرارت آن را بیشتر نمی کند بنابراین باید توجه کنیم که اگر در آزمایشی نیاز به حرارت زیاد داریم باید هم مقدار گاز و هم مقدار هوای ورودی را در حدی مشخص تنظیم کنیم.

در شکل بالا، شعله شماره 1 نسبت هوا و گاز بسیار خوب تنظیم شده و در شماره 4 میزان هوا به گاز خیلی کم است

انواع چراغ بونزن

1- نوع معمولی که احتیاج به کپسول گاز خانگی یا گاز شهری دارد

2- انواع قابل حمل که مخزن گاز در زیر آن است و پس از اتمام گاز باید شارژ شود.

3- نوع پسر آتش (FIREBOY)

این نوع هم میتواند به گاز شهری وصل شود و همچنین کپسول مخصوص خود را دارد که میتواند مستقل از گاز شهری بوده و قابل حمل باشد.

ویژگی ها و مزایا:

- نظارت بر شعله و جلوگیری از بالا رفتن بیش از حد درجه حرارت برای عملیات ایمن.

- رابط گرافیکی کاربری برای کنترل مناسب.

- حسگر نوری احتراق برای کنترل اتوماتیک.

- همچنین دارای باطری قابل شارژ و آداپتور کارتریج گاز مستقل و قابل حمل برای استفاده است.

نوع دیگری از پسر آتش همراه با کپسول گاز مربوطه

وسیله ای فلزی كه برای نگه داشتن وسایل و گرم كردن آنها در بالای شعله چراغ بونزن آزمایشگاهی كاربرد دارد.

شکل: دو نوع سه پایه

هاون چيني شبيه كپسول چيني است كه ضخامت بدنه آن بيشتر است و لبه آن ممكن است صاف باشد.  اين ابزار داراي دسته اي است كه آن هم از جنس چيني مي باشد و از آن براي خرد كردن و نرم كردن مواد استفاده مي شود.

كاربرد: اجسـام و مواد بسـيار سـخت با عمل ساييدن در هاون به صورت كاملاً نرم و پودر شده درمي آيند.

طرز كار: ضمن كار كردن با هاون بايد آن را با دست چپ محكم نگهداشت و با دست راست دسته آن را به صورت چرخشي در هاون گرداند و فشار به آن وارد كرد تا در اثر چرخيدن مواد، ساييده و نرم شوند.

در پايان آزمايش، پس از پودر كردن مواد، بايد هاون و دسته آن را كاملاً تميز و خشك كرد. براي اين كار از لوله شـوي بايد استفاده كرد. اگر مواد چسبيده به هاون از طريق شست و شوي با آب جدا نشد، مي توان از اسيد رقيق براي تميز كردن هاون استفاده كرد. پس از پاك كردن، فورا بايد هاون را آب كشيد و با دستمال تميز آن را خشك كرد و در جاي مطمئني قرار داد.

نگه داری و مراقبت: دسته هاون را نبايد روي ميز كار گذاشت. زيرا اين عمل سبب لغزيدن آن مي شود و در صورت افتادن و ضربه خوردن مي شكند. دسته هاون را هميشه بايد داخل هاون گذاشت. در مواقع ضروري اگر ناچار به برداشتن آن شديد، بايد آن را در جاي مطمئني قرار دهيد كه احتمال لغزيدن افتادن و شكستن آن وجود نداشته باشد. ظروف چینی اگر چه در مقابل حرارت مقاوم هستند اما در صورت عدم مراقبت به سادگی می شکنند. برای نرم کردن اجسام سخت نخست آنها را توسط چکش باید خرد کرد، در ضمن دسته هاون را نباید به طور عمودی بر جسم کوبید. بلکه باید با ملایمت عمل سائیدن را انجام داد.

شکل: نمونه هاون درب دار و روش کار با هاون را نشان میدهد.

مثلثي فلزي كه سه قطعه روكش از چینی نسوز یا آلومین دارد و معمولا آنرا روی سه پایه قرار می دهند و از آن عمدتاً براي نگهداشتن بوته چيني بر روي سه پایه هنگام گرم كردن استفاده مي‌شود. يك مثلث نسوز هنگامي مناسب است كه  بوته در حفره آن قرار گيرد در غير اين صورت حالت نامتعادلي پيدا مي‌كند و ممكن است بوته بيفتد.

شکل: طرز قرار گرفتن بوته چینی در مثلث نسوز