گیاهان دارویی

مقدمه

از آنجا که انسان جزئی از طبیعت است بطور مسلم برای هر بیماری ، طبیعت گیاه مداوای آن را عرضه کرده است. انسان هر چه به طبیعت نزدیکتر شود، سالم‌تر است و بیشتر عمر می‌کند. به همین دلیل انسان هرچه به طبیعت روی آورد و از نعمات آن بیشتر بهره می‌برد، جهت درمان بیماری خود سریع‌تر ، بهتر و مطمئن‌تر درمان می‌شود. باید گفت که انسان تنها با داروهای شیمیایی مداوا نمی‌شود. همه عوامل طبیعی نقش درمان و دارو نهایتا نقش پیشگیری را در برابر بیماریها دارند. وجود گیاهان دارویی در طبیعت یکی از نعمتهای بزرگ الهی است.

تاریخچه استفاده انسان از گیاهان دارویی

سابقه درمان بیماریها با گیاهان دارویی به قدمت تاریخ زیست انسان بر روی کره زمین است. انسان به حکم تجربه ، علم و اندیشه جانوران بنا به مقتضیات خود در طول عمر حیات در کره زمین به کمک گیاهان دارویی خود را مداوا کرده و می‌کنند. گیاهان دارویی در باغ خدا می‌رویند. در دشتها ، مراتع وسیع ، جنگلها و ... پیدا می‌شوند. بدست کسی کاشته نشده و به همت کسی هم آبیاری نشده است. هزاران سال است که بدین منوال در چرخه حیات بوده و طبیعت را آرایش می‌دهند.

رابطه گیاهان دارویی و بیماری

هر خاکی و هر آب و هوایی ، بستر انواع از گیاهان دارویی است. بنابراین همه چیز در همه جا نمی‌روید و حکمت خلقت در این است که هر جا بیماری هست، قطعا نوع گیاه دارویی آن نیز یافت می‌شود. از طرفی همه گیاهان داویی در یک فصل خاص نمی‌رویند. هنوز کسی رابطه بین شیوع بیماری در یک فصل یا یک زمان و وفور گیاهان دارویی آن فصل را جستجو نکرده است، ولی می‌دانیم که بسیاری از بیماریها در فصل خاص شیوع پیدا می‌کنند و بعضی از گیاهان دارویی شناخته شده و ناشناخته نیز در همان فصل به وفور یافت می‌شوند.

ترکیبات مهم گیاهان دارویی

هر ماده که در گیاهی پیدا می‌شود دارای نقش خاصی در گیاه می‌باشد. ماده می‌تواند در ساختمان گیاه برای انجام اعمال حیاتی بکار رفته باشد، ماده می‌تواند در ساختار خواص فیزیکی و شیمیایی گیاه نقش داشته باشد.

• روغنهای عطری: مواد عطری ، درمان بخش تمیز کننده، ضد عفونی کننده، محرک اشتها ، هضم کننده غذا ، ضد درد ، ضد نفخ معده و روده و ضد اسپاسم عضلانی می‌باشند.
  
  
• آلکالوئیدها: انواع مواد مخدر از جمله مرفین ، کدئین و کوکائین در شمار آلکالوئیدها هستند. هر کدام از این مواد نقش مخصوص و معین د درمان بیماریها دارند.
  
  
• مواد پروتئینی: مواد پروتئینی از ترکیب اسیدهای آمینه ایجاد شده‌اند نصف اسیدهای آمینه را انسان قادر به سنتز آنها نیست و باید توسط تغذیه گیاهی و جانوری وارد بدن شوند.
  
  
• مواد تلخ مزه: بسیاری از گیاهان دارای مزه تلخ مزه هستند مانند کاسنی که خواص دارویی و درمانی دارد. مواد تلخ مزه غیر سمی محرک اشتها بوده و تحرک کننده بسیاری از اندامهای برای فعالیت بیشتر مانند کبد و کیسه صفرا هستند.
  
  
• فلاونوئیدها: فلاونوئیدها مواد موثری هستند که عمدتا در گیاهان عالی یافت می‌شوند این مواد انواع سموم در بدن را خنثی می‌کنند.
• تاننها: خاصیت ضد درد دارند، لثه‌ها و پوست دهان را محکم و تمیز می‌کنند. اثر مثبت روی جدار معده و روده‌ها دارند.
  
  
• مواد لعاب‌دار: وظیفه این مواد این است که مایعات را به این مواد متصل می‌کنند. این مواد موجب کاهش کلسترول خون می‌شوند. گیاه پنیرک ، ختمی و بارهنگ ، غنی از مواد لعاب‌دار هستند.
  
  
• از دیگر مواد موجود در گیاهان دارویی‌ می‌توان به ویتامینها ، اسیدهای گیاهی و قندها اشاره کرد.

تهیه و تبدیل گیاهان دارویی

هر گیاهی در طبیعت دارای روند رشدی ویژه خود می‌باشد. خواص گیاهان در فصول ، هفته‌ها وقتی روز و شب متغیر است به عنوان مثال بعضی از گیاهان به هنگام صبح و بعضی به موقع عصر و شب معطر می‌شوند. بنابراین از نظر خواص دارویی ، زمان مناسب برداشت محصول دارای اهمیت خاصی است. قسمتهای مختلف گیاه نیز دارای اثرات متفاوت هستند.

در بسیاری از موارد ماده موثر عمدتا در برگ ، شکوفه ، ساقه ، ریشه ، بذر یا میوه است. همیشه گلها را قبل از ظهر یعن زمانی که شبنم یا رطوبت شبانه از بین رفته است جمع آوری می‌کنند. هنگامی که جمع آوری برگ مورد نظرات بعد از هر قبل از غروب آفتاب ، کار جمع آوری انجام می‌شود. بعضی از گیاهان باید در ظروف سربسته و یا در کیسه کتانی نگهداری شوند. کسانی که ذخیره سازی می‌کنند باید مرتبا از نمونه‌ها بازدید کرده واز آفات و امراض احتمالی آگاه باشند.

تهیه پودر گیاهان داویی

درطول سال تهیه گیاه تر و تازه میسر نیست. لذا گیاهان جمع آوری شده را بعد از خشکیدن باید به ورت پودر درآورده وقتی حتی‌المقدور در شیشه‌های دهان گشاد نگهداری کرد. پودر می‌تواند شامل اندامهای گیاهی باشد که جداگانه نگهداری می‌شود.

گیاهان دارویی مهم

گل سرخ ، بومادران ، الکیل کوهی ، برگ بو ، لیموترش ، وانیل ، نعنا ، فلفل سیاه ، جعفری ، میخک ، پرتقال ، هل ، کافور ، زنبق ، بابونه و ... از گیاهان دارویی مهم هستند.

آرتیشو «داروئى»

آقطی سیاه «داروئی»

آوکادو «داروئی»

اسطوخودوس «داروئی»

 

اسفناج «داروئی»

))((انبه «داروئی»

انجیر «داروئی»

انگور «داروئی»

 

بابونه «بابونه»

بادام «داروئی»

بادام زمینی «داروئی»

 

بادمجان «داروئی»

باقلا «داروئی»

برنج «داروئی»

بلوط «داروئی

 

 

به «داروئی»	پسته «داروئی»	پرتقال «داروئی»
پیاز «داروئی»

 

تخم کتان «داروئی»

ترب و تربچه «داروئی»

تمبر هندی «داروئی»

توس «داروئی»

 

جعفری «داروئی»

جو «داروئی»

جودوسر «داروئی»

چای کوهی

 

 

خاک شیر «داروئی»

ختمی «داروئی»

خرما «داروئی»

خیار «داروئی»

 

دارچین «داروئی»

دم اسب «داروئی»

ذرت «داروئی»

رازیانه

 

روناس «داروئی»	خواص دارویی ریحان
زرد آلو «داروئی»	زردچوبه

 

 

 

زرشک «داروئی»

زعفران «داروئی»

زنجبیل «داروئی»

زوفا «داروئی»

 

 

زیتون «داروئی»

زیره سبز «داروئی»

سنبل الطیب «داروئی»

سیب

 

سیر «داروئی»

شاه پسند وحشی «داروئی»

شبدر قرمز «داروئی»

شلغم

 

 

شنبلیله «داروئی»

شوید «داروئی»

شیرین بیان «داروئی»

صبر زرد «داروئی»

عدس

 

علف هفت بند «داروئی»

عناب «داروئی»

فندق «داروئی»

قاصدک «داروئی»

قهوه

 

 

کاهو «داروئی»

کدو «داروئی»

کنجد «داروئی»

کوشاد «داروئی»

گاوزبان

 

گردو «داروئی»

گریپ فروت «داروئی»

گزنه «داروئی»

گشنیز «داروئی»

گلابی

 

گوجه فرنگی «داروئی»

لوبیا «داروئی»

لوبیای سویا «داروئی»

لیمو ترش «داروئی»

مارچوبه

 

مامیران کبیر «داروئی»

موز «داروئی»

میخک «داروئی»

خواص دارویی نارگیل

نخود

 

نعناع «داروئی»

هل «داروئی»

هلو «داروئی»

هندوانه «داروئی»

هویج

 

شیمی دارویی

تعاریف اولیه ‌از شیمی ‌دارویی

شیمی ‌دارویی ، جنبه‌ای از علم شیمی ‌است که درباره کشف ، تکوین ، شناسایی و تغییر روش اثر ترکیبات فعال زیستی در سطح مولکولی بحث می‌کند و تاثیر اصلی آن بر داروهاست، اما توجه یک شیمی‌دان دارویی تنها منحصر به دارو نبوده و بطور عموم ، دیگر ترکیباتی که فعالیت زیستی دارند، باید مورد توجه باشند. شیمی ‌دارویی ، علاوه بر این ، شامل جداسازی و تشخیص و سنتز ترکیباتی است که می‌توانند در علوم پزشکی برای پیشگیری و بهبود و درمان بیماریها بکار روند.

سیر تاریخی شیمی ‌دارویی

آغاز درمان بیماریها با دارو ،‌ در قدمت خود محو شده ‌است. اولین داروها منشاء طبیعی داشته و عمدتا از گیاهان استخراج می‌شدند و برای درمان بیماریهای عفونی بکار رفته‌اند. قرنها پیش از این ، چینی‌ها ، هندی‌ها و اقوام نواحی مدیترانه ، با مصارف درمانی برخی گیاهان و مواد معدنی آشنا بوده‌اند. به عنوان مثال ، برای درمان مالاریا از گیاه چه‌انگشان(Changshan) در چین استفاده می‌شد. اکنون ثابت شده ‌است که ‌این گیاه ، حاوی آلکالوئیدهایی نظیر فبریفوگین است.

سرخپوستان برزیل ، اسهال و اسهال خونی را با ریشه‌های اپیکا که حاوی آستن است، درمان می‌کردند. اینکاها از پوست درخت سین کونا ، برای درمان تب مالاریا استفاده می‌کردند. در سال 1823 ، کینین از این گیاه ‌استخراج شد. بقراط در اواخر قرن پنجم قبل از میلاد استفاده ‌از نمکهای فلزی را توصیه کرد و درمانهای طبی غرب را نزدیک به 2000 سال تحت نفوذ خود قرار داد.

تاریخ معرفی شیمی ‌دارویی به عنوان علم

اولین فارماکوپه در قرن 16 و قرنهای بعد منتشر شد. گنجینه عوامل دارویی سرشار از داروهای جدید با منشاء گیاهی و معدنی معرفی شدند. در اواخر قرن 19 ، شیمی ‌دارویی با کشف "پل ارلیش" که ‌او را پدر شیمی ‌درمانی جدید می‌نامند، در ارتباط با اینکه ترکیبات شیمیایی در برابر عوامل عفونی ویژه‌ای از خود سمیت انتخابی نشان می‌دهند، دچار یک تحول شگرف شد.

در همین دوران ، "امیل فیشر" ، نظریه قفل و کلید را که یک تغییر منطقی برای مکانیسم عمل داروها بود، ارائه داد. تحقیقات بعدی ارلیش و همکارانش ، منجر به کشف تعداد زیادی از عوامل شیمی ‌درمانی جدید شد که ‌از آن میان ، آنتی بیوتیک‌ها و سولفامیدها ، از همه برجسته‌تر بودند.

جنبه‌های بنیادی داروها

سازمان بهداشت جهانی ، دارو را به عنوان « هر ماده‌ای که در فرایندهای دارویی بکار رفته و سبب کشف یا اصلاح فرایندهای فیزیولوژیک یا حالات بیماری در جهت بهبود مصرف کننده شود. » تعریف نموده ‌است و فراورده‌های دارویی را تحت عنوان « یک شکل دارویی که حاوی یک یا چند دارو همراه با مواد دیگری که در فرایند تولید به آن اضافه می‌شود. » معرفی می‌کند.

شکل داروها

بسیاری از داروها ، حاوی اسیدها و بازهای آلی می‌باشند. دلایل متعددی مبنی بر اینکه ‌این ترکیبات در داروسازی و پزشکی باید به فرم نمک مصرف شوند، عبارتند از :

• اصلاح خصوصیات فیزیکوشیمیایی ، مانند حلالیت ، پایداری و حساسیت به نور و اثر بر اعضاء مختلف
  
  
• بهبود نواحی زیستی از طریق اصلاح جذب ، افزایش قدرت و گسترش اثر
  
  
• کاهش سمیت

کاربرد داروها

داروها بر اساس مقاصد خاصی بکار می‌رود که عبارتند از :

1. تامین مواد مورد نیاز بدن ، مثل ویتامینها
   
   
2. پیشگیری از عفونتها ، مثل سرمهای درمانی و واکسنها
   
   
3. سمیت‌زدایی ، مانند پادزهرها
   
   
4. مهار موقتی یک عملکرد طبیعی ، مانند بیهوش کننده‌ها
   
   
5. تصحیح اعمالی که دچار اختلال شده‌اند و ... .

فعالیت زیستی داروها

عملکرد داروها در سه مرحله مشاهده می‌شود :

• تجویز دارو (فروپاشی شکل دارویی مصرف شده)
  
  
• سینتیک دارو (جذب ، توزیع ، متابولیسم و دفع دارو)
  
  
• نحوه ‌اثر دارو (پدیده‌های شیمیایی و بیو شیمیایی که باعث ایجاد تغییرات زیستی مورد نظر می‌شوند.)

دارو نماها

داروهایی هستند که ‌اثرات ویژه‌ای بر ارگانیسم دارند، اما درمان کننده بیماری خاصی نیستند. نمونه‌هایی از این داروها عبارتند از : مورفین (مسکن) ، کوکائین (بیهوش کننده) ، آتروپین (ضد تشنج) و ... . استفاده ‌از این داروها ممکن است به بهبودی یک بیماری عفونی میکروبی یا ویروسی کمک کند. اما دارو مستقیما روی ارگانیزم بیماری‌زا عمل نمی‌کند، در صورتی که در درمان شیمیایی عامل بیماری‌زا هدف اصلی است.

طبقه‌بندی داروها

داروها را بر اساس معیارهای گوناگون طبقه‌بندی می‌کنند که عبارتند از :

1. ساختمان شیمیایی
   
   
2. اثر فارماکولوژی
   
   
3. مصارف درمانی
   
   
4. ساختمان شیمیایی درمانی ، تشریحی
   
   
5. مکانیسم عمل در سطح سلول

نامگذاری داروها

هر دارو دارای سه یا چند نام می‌باشد که عبارتند از:

1. شماره رمز یا رمز انتخابی
   
   
2. نام شیمیایی
   
   
3. نام اختصاصی غیر علمی ‌(تجاری)
   
   
4. نام غیر اختصاصی ژنریک
   
   
5. نامهای مترادف
   
   

نام شیمیایی دارو ، نامی ‌است که بدون ابهام ، ساختمان شیمیایی دارو را توصیف و آن را دقیق و کامل معرفی کند و بر اساس قوانین نامگذاری ترکیبات شیمیایی نامگذاری می‌شود

مراحل تولید دارو

بیماری و دارو

کشف داروهای جدید و مراحلی که از کشف تا عرضه آنها به بازار دارویی طی می‌شود، موضوع جالبی است. امروزه آگاهی دقیق از ساز و کار بیماریها برای دستیابی به داروهای جدید امری ضروری محسوب می‌شود. در واقع می‌توان گفت که هر بیماری حاصل به هم خوردن نظم طبیعی یکی از چرخه‌های فعالیت بدن است، بنابراین با دانستن اینکه کدام چرخه بدن از نظم طبیعی خود خارج شده است، می‌توان دارویی را به کار برد که دوباره آن را به حالت اولیه باز گرداند.

منشاء داروها

بطور کلی داروها از نظر منشاء به سه گروه طبیعی، نیمه صناعی و صناعی تقسیم می‌شوند.

داروهای طبیعی

داروهای طبیعی داروهایی هستند که از منابع طبیعی به دست می‌آیند. اینگونه فرآورده‌ها یا به صورت خام مصرف می‌شوند، مثل عصاره گیاه آلوئه برای درمان بیماریهای پوستی یا جگر برای درمان بیماریهای شب کوری و یا شامل مواد شیمیایی خاصی هستند که از فرآورده خام طبیعی استخراج و سپس به عنوان دارو مصرف می‌شوند، مثل مورفین که از تریاک استخراج می‌شود و انسولین که از لوزالمعده گاو یا خوک به دست می‌آید. در مورد این گروه از داروها، برای کشف داروی جدید به سراغ طب سنتی کشورهای مختلف می‌روند. در طب سنتی، خواص گیاهان و فرآورده‌های مختلف جانوری شرح داده شده است. دانشمندان با روشهای علمی به بررسی آزمایشگاهی خواص ذکر شده در مواد خام می‌پردازند. این بررسیها ممکن است در شرایط خارج از بدن موجودات زنده (مثل بررسی اثرات ضد میکروبی در محیط های کشت) یا در شرایط داخل بدن (شامل بررسی اثر پس از کاربرد در جانوران آزمایشگاهی) انجام شوند. در صورتی که فرآورده خام، موثر تشخیص داده شود، به روشهای گوناگون ترکیبات مختلف موجود در آن را تفکیک و تخلیص می‌کنند و سپس می‌کوشند تا ساختار شیمیایی این ترکیبات خالص شده را (که به دست آوردن مقادیر ناچیزی از آنها اغلب مستلزم ساعتها کار طاقت فرساست) شناسایی کنند.

برای این کار از روشهای مختلف دستگاهی نظیر تهیه طیفهای تشدید مغناطیسی هسته (NMR)، طیف جرمی (MS)، طیف فرابنفش (UV) و فراسرخ (IR)، اثر بر نور قطبیده (چرخش نوری)، کروماتوگرافی با عملکرد بالا (HPLC) و ... استفاده می‌شود. به این ترتیب با تلفیق مجموعه این مدارک که هر یک گوشه‌ای از اطلاعات ضروری را برای تعیین ساختار شیمیایی ماده فراهم می‌آورند و مقایسه آنها با ساختارهای شناخته شده، ساختار شیمیایی مواد مورد نظر را شناسایی می‌کنند. در مرحله بعد مجدد آزمونهای بررسی اثرات دارویی بر هر یک از ترکیبات خالص انجام می‌گیرد تا ترکیب موثر شناسایی و به عنوان ماده دارویی عرضه گردد.

داروهای نیمه صناعی

داروهای نیمه صناعی با ایجاد تغییرات شیمیایی بر داروهای طبیعی به دست می‌آیند. این تغییرات با هدف افزایش قدرت دارو، کاهش عوارض جانبی، بهبود خواص فیزیکی و شیمیایی و ... انجام می‌شوند. گاه داوری به دست آمده از منابع طبیعی دارای نقایصی است که با انجام تغییرات جزئی روی ساختار شیمیایی آن می‌توان نقص موجود را برطرف کرد. مثلا پنی‌سیلین حاصل از قارچ پنی‌سیلیوم در اسید معده تخریب می‌شود و نمی‌توان آن را به صورت خوراکی مصرف کرد، ولی با انجام تغییراتی کوچک در گروههای جانبی هسته پنی‌سیلین، داروهای پادزی آموکسی‌سیلین، آمپی‌سیلین و پنی‌سیلین V بدست می‌آیند که نسبت به محیط اسیدی معده مقاومند و از راه خوراکی به مصرف می‌رسند.

برای دستیابی به داروهای جدید نیمه صناعی باید تغییراتی حساب شده و قاعده‌مند روی ساختار شیمیایی ماده طبیعی ایجاد کرد و سپس نتیجه این تغییرات را روی اثر دارو بررسی نمود. اینگونه مطالعات منجر به کشف "رابطه ساختمان و اثر" در یک ماده دارویی می‌شود. دارویی که از طبیعت به دست می‌آید، در بدن اثرات مختلفی دارد. برای مثال مورفین نمونه جالبی از این مطلب است. این دارو دارای اثرات ضد درد، تسکین دهنده سرفه، ایجاد یبوست، اعتیادآوری و ... می‌باشد. محققان می‌کوشند تا با دستکاری در ساختار مورفین داروهایی تهیه کنند که هر یک از اثرات فوق را به تنهایی و بدون دارا بودن خاصیت اعتیاد آوری دارا باشند. در راستای این کوششها داروهای بوپرنورفین با اثر ضد درد عالی و اعتیادآوری اندک، دکسترومتورفان با اثر ضد سرفه و بدون اثر ضد درد و اعتیاد آوری و دیفنوکسیلات با اثر ضد اسهال، بدون اثر ضد سرفه و اعتیاد آوری خیلی جزئی ساخته شده‌اند.

داروهای صناعی

با پیشرفت علم شیمی، به ویژه دانش شیمی آلی وپیدایش روشهای گوناگون سنتز مواد، هم اکنون میلیونها ترکیب شیمیایی ساخته شده وجود دارند و بدون اغراق همه روزه دهها ترکیب جدید دیگر نیز ساخته می‌شوند. از میان این ترکیبات بطور تصادفی یا آگاهانه، موادی که دارای اثرات درمانی هستند، انتخاب می‌شوند. این گونه داروها را که به طریقه شیمیایی سنترشده‌اند، داروهای صناعی می‌نامند. برای مثال دانشمندی به نام دوما که به مطالعه روی رنگها مشغول بود، متوجه شد که گروهی از موشهای آزمایشگاهی که به طور اتفاقی نوعی رنگ قرمز به نام پرونتوسیل را خورده بودند، در برابر عفونت مقاومت یافته‌اند. با بررسی بیشتر خاصیت ضد باکتریایی رنگ فوق مشخص گردید و بر اساس آن گروهی از داروهای ضد باکتری به نام سولفونامیدها ساخته و عرضه شدند که از آن میان می‌توان به پادزیهای معروفی چون کوتریموکسازول و سولفاستامید اشاره کرد.

در گروه داروهای صناعی می‌توان برای درمان یک بیماری، اثر تمامی مواد شیمیایی شناخته شده را روی آن بررسی کرد. ولی با توجه به تعداد بیماریها و کثرت فراوان مواد شیمیایی این کار عملا غیر ممکن است. بنابراین با توجه به اینکه اثر یک ماده ناشی از ساختار شیمیایی آن است (رابطه ساختمان و اثر)، محققان حدس می‌زنند که ممکن است گروههای خاصی از مواد شیمیایی روی یک بیماری خاص موثر باشد. لازم به ذکر است که این حدس با توجه دقیق به ساز و کار بیماری و ساختار شیمیایی مواد و غالبا با استفاده رایانه انجام می‌گیرد. به این ترتیب اثر مواد مورد نظر را در آزمایشگاه روی آن بیماری آزمایش می‌کنند. ممکن است این بررسیها به کشف ماده ای موثر بیانجامند و یا اصلا بی‌نتیجه باشند. برای مثال داروی AZT که تا حدودی بر ویروس مولد بیماری ایدز موثر بوده است، به این شیوه یافت شد. AZT ماده‌ای بود که سالها قبل ساخته شده و کنار گذاشته شده بود تا اینکه در شمار ترکیبات مورد آزمایش روی ویروس ایدز انتخاب گردید و موثر بودن آن اثبات شد.

روش الگوبرداری از ساختمان بدن

راه دیگر کشف داروهای جدید، الگوبرداری از ساختمان بدن است. برای مثال هیستامین یکی از موادی است که بطور طبیعی در بدن ساخته می‌شود و در اندامهای مختلف کارهای مختلفی انجام می‌دهد. این ماده درپوست باعث خارش می‌شود، رگهای بینی و چشم را گشاد می‌کند، منجر به احتقان و عوارض ناشی از آن مثل آبریزش از بینی و سرخی چشم می‌گردد. در معده روی سلولهای کناری معده اثر کرده و تحریک ترشح اسید را باعث می‌شود. هیستامین در هر یک از این اندامها گیرنده مخصوص به خود را دارد که از این میان گیرنده‌های موجود در رگها و پوست (گیرنده‌های H1) با هم مشابهند و با گیرنده‌های موجود در جدار معده (گیرنده‌های H2) متفاوت می‌باشند. دانشمندان با در نظر گرفتن ساختار مولکولی هیستامین دو گونه از داروهای آنتی‌هیستامینی را طراحی کرده‌اند.

اینگونه داروها با اشغال گیرنده‌های هیستامینی به طور اختصاصی باعث مهار آنها و جلوگیری از تحریک می‌شوند. گروه اول داروهای آنتی‌هیستامینی هستند که در مواردی نظیر سرماخوردگی همراه با آبریزش بینی و یا خارش بکار می‌روند و اثری روی معده ندارند، از جمله داروهایی نظیر کلرافنیرامین، پرومتازین، هیدروکسی‌زین، پیریلامین و غیره. گروه دوم آنتی‌هیستامینهایی هستند که گیرنده‌های هیستامینی معده را مهار می‌کنند و به دنبال آن باعث مهار ترشح اسید می‌شوند. این گروه در درمان زخمهای معده و اثنی‌عشر مورد استفاده قرار می‌گیرند مثل سایمتیدین، رانیتیدین، فاموتیدین و غیره. کشف اثرات درمانی یک ترکیب شیمیایی، تازه آغاز راهی ست که ممکن است سالیان سال به طول بیانجامد.

مراحل بررسی ایمنی دارو

نکته در اینجاست که یک ماده دارویی همانطور که اثرات درمانی از خود نشان می‌دهد، ممکن است دارای اثرات مخرب و سمی دیگری نیز باشد. برای اطمینان از ایمنی کاربرد دارو در انسان ترکیبات شناسایی شده، باید از 4 مرحله آزمون و بررسی، با موفقیت بگذرند:

مرحله اول

آزمون بی‌خطر بودن و سمیت دارو قبل از کاربرد بالینی آن است. در این مرحله که 2 تا 3 سال به طول می‌انجامد اثرات دارو روی جانوران مختلف و جنینی جانوران باردار بررسی می‌شود. امروزه سعی می‌شود از شیوه‌های کشت بافتی و نمونه‌سازی رایانه‌ای برای کاهش کاربرد جانوران آزمایشگاهی در این مرحله استفاده شود، .ولی ارزش پیش‌بینی کننده این روشها هنوز بسیار محدود است. آزمون سمیت پیش بالینی به ازای هر داروی موفق عرضه شده به بازار به طور متوسط حدود 41 میلیون دلار خرج بر می‌دارد و ممکن است تحلیل اطلاعات به دست آمده تا 5 سال زمان ببرد. اگر ماده دارویی در حیوانات و جنین آنها اثر سوئی نشان ندهد، وارد مرحله بعدی می‌شود.

مرحله دوم

مرحله ارزیابی دارو در انسان است که طی آن سرنوشت دارو در بدن افراد سالم داوطلب و اثر بدن بر دارو (فارماکوکینتیک) مورد بررسی قرار می‌گیرد. این مرحله نیز ممکن است حدود 2 سال به طور بیانجامد و معمولا به سبب وجود قوانین سخت در مورد آزمون داروهای جدید روی انسان در کشورهای پیشرفته، با دشواریهای خاصی مواجه است. اگر دارو در این مرحله نیز با مشکل خاصی مواجه نشود، به مرحله سوم راه می‌یابد.

مرحله سوم

این مرحله که 3 تا 5 سال به طول می‌انجامد، دارو به تعداد معدودی از بیماران داده می‌شود تا اثرات آن روی بیماری در انسان مشخص شود. در صورتی که دارو در این مرحله نیز نتایج مطلوبی به دست دهد، مجوز ورود به بازار را دریافت خواهد کرد و در سطح وسیع عرضه می‌شود. از این پس دارو در بوته آزمون چهارم یا مرحله پس از فروش قرار می‌گیرد.

مرحله چهارم

در این مرحله عکس‌العمل نژادها و گروههای مختلف جمعیتی در برابر دارو مورد ارزیابی قرار می‌گیرد و متخصصان پزشکی در سراسر دنیا در صورت مشاهده هر گونه عارضه‌ای آن را به سازمان بهداشت جهانی گزارش می‌دهند. در صورت مضر تشخیص داده شدن دارو، بسرعت آن را از سطح بازار دارویی جمع‌آوری می‌کنند. بر این اساس همه ساله از بین ترکیبات مختلفی که دارای اثرات درمانی می‌باشند، در هر مرحله تعداد زیادی از انها به دلایل مختلف از گردونه پژوهش خارج می‌شوند و از ادامه مرحله بعدی تحقیق باز می‌مانند. همچنین داروهای بسیاری با مشخص شدن اثرات سوء آنها، پس از توزیع وسیع از فهرست داروهای رایج حذف می‌شوند و داروهای متعددی نیز همواره در شرف حذف هستند، برای مثال می‌توان به داروی دی‌پیرون یا نوارلژین اشاره کرد که به دلیل عوارض خونی شدید، امروزه دیگر کاربردی ندارد.

به این ترتیب تخمین زده می‌شود که برای عرضه هر داروی جدید به بازار حدود پنج تا ده هزار مولکول جدید ساخته و بررسی می‌شوند و هزینه‌ای بالغ بر 240 میلیون دلار صرف می‌گردد.

عوارض جانبی و اثرات ناخواسته داروها

با وجود مراحل متعدد و موشکافانه بررسی ایمنی کاربرد مواد دارویی و قوانین سخت دریافت مجوز برای تولید و توزیع گسترده، داروها عاری از اثرات ناخواسته نیستند. برخی از این عوارض که خطرات کمتری دارند ناشی از گسترش و تشدید اثرات شناخته شده دارو می‌باشند و قابل پیش‌بینی هستند، ولی گروه دیگر ممکن است تا زمانی که دارو به طور گسترده و به مدت طولانی وارد بازار دارویی نگردیده است، شناسایی نشوند. این گروه از اثرات خطرناکترند و بنابراین آگاهی از آنها برای پزشک اهمیت دارد. برخی از واکنشهای این گروه جنبه آلرژیک (حساسیت‌زا) دارند و برخی دیگر نیز که به واکنش ایدیوسنکراتیک موسومند، دارای ریشه‌های وراثتی می‌باشند.

ایدیوسنکرازی در اصطلاح به هر گونه واکنش پذیری غیر عادی با منشا ژنتیکی نسبت به عوامل شیمیایی اطلاق می‌شود. این واکنشها ممکن است به صورت حساسیتهای بسیار شدید و گاه مرگبار نسبت به دوزهای اندکی از یک دارو و یا عدم پاسخدهی حتی نسبت به دوزهای بسیار بالای دارو آشکار شوند. برای مثال حدود 10 درصد از مردان سیاهپوست بر اثر نقص ژنتیکی آنزیمی به نام گلوکز 6- فسفات دهیدروژناز (G6PD) با دریافت داروی پریماکین دچار نابودی شدید گلبولهای قرمز و کم خونی خطرناک حاصل از آن می‌شوند. در مقابل گروهی از افراد به دلیل اختلاف ژنتیکی گیرنده‌های دارویی خود، نسبت به عملکرد ضد انعقادی داروی وارفارین مقاومت دارند.

شامپو

شامپوها از پاک‌کننده‌های سنتزی آنیونی هستند. شامپوی مناسب بعد از پاک کردن و تمیز کردن پوست و مو ، اثر نامطلوبی بجا نمی‌گذارد و باعث براق شدن موها می‌شود. همچنین موها براحتی آبکشی شده و شانه می‌شوند. علاوه بر این ، یک شامپوی خوب باعث می‌شود چربی موها زیاد و بار الکتریکی در آن جمع نشود (یعنی هنگام شانه زدن موها به هوا بلند نشوند). بالاخره شامپو نباید باعث تحریک چشم و پوست شود.

فرمول کلی

اکثر شامپوها دارای فرمول یکسان سدیم لوریل اتر سولفات و تری اتانول آمین لورین سولفات هستند. بنابراین اکثر شامپوها کار مشترکی انجام می‌دهند.بجز برخی از شامپوها که مصارف خاصی دارند.

نظر پزشکان در مورد نوع شامپوها

پزشکان متخصص پوست و مو ، اتفاق نظر دارند که نوع شامپو هیچ تاثیری در کاهش ریزش مو و یا پیشگیری از ریزش مو ندارد. غلظت زیاد (که تنها با افزودن بیشتر موادی مثل نمک طعام ایجاد می شود) ، عطر و بوی دل‌انگیز ، رنگهای متنوع و شکل و حالت صدفی مانند ، روشهایی هستند که از نظر روانی تاثیر بسزایی برای جلب مشتری دارند.

اجزای تشکیل دهنده شامپو

• عامل پاک کننده : عامل پاک کننده باعث جدا شدن ذرات چرک و کاهش چربی از سطح مو می‌شود که خود ، شامل 3 دسته مواد فعال سطحی آنیونی (مثل سدیم لوریل اتر سولفات و تری اتانول آمین سولفات) ، آمفوتری (ثل بتاتین کوکو آمیدو پروپیل) و غیر یونی هستند.
  
  
• عامل تقویت کننده کف : عامل تقویت کننده کف (مثل بتاتین) باعث ایجاد کف غلیظ مقاوم می‌شوند.
  
  
• عامل حالت دهنده مو : عامل حالت دهنده مو باعث می‌شود مو به آسانی شانه شود و هنگام شانه کردن به هوا بلند نشود.
  
  
• عامل نگهدارنده : عامل نگهدارنده مو را از مواد ضدعفونی کننده و میکروب کش نگه می‌دارد.

مواد جانبی تشکیل دهنده شامپو

• عامل صدفی کننده : عامل صدفی کننده (مانند اتیلن گلیکول) به شامپو حالت و شکل صدفی می‌دهد.
  
  
• عامل غلیظ کننده : عامل غلیظ کننده (مثل نمک طعام) باعث غلیظ شدن شامپو می‌شود.
  
  

  عامل رنگ و مو

  عوامل بالا ، مواد تشکیل دهنده عموم شامپوها می‌باشند. اما علاوه بر این مواد ، گاهی مواد دیگری هم به شامپوها زده می‌شود که چند نمونه از این مواد عبارتند از:
  
  
  
  • حنا : حنا خاصیت ضدمیکروبی دارد و برای رفع بیماری پوستی مناسب است.
    
    
  • بانونی : بانونی خاصیت ضدمیکروبی و ضدقارچی دارد ، باعث طلایی جلوه دادن مو می‌شود. همچنین تقویت کننده پوست و مو است.
    
    
  • سدر : سدر برای تقویت مو و دفع شوره سر مناسب است. سدر همچنین ضدعفونی کننده است و مقاومت عفونت‌های پوستی را افزایش می‌دهد.
    
    
  • کتیرا : کتیرا خاصیت تقویت کنندگی برای پوست و مو ندارد و به منظورهای غیر ضروری مانند غلیظ شدن شامپو به آن اضافه می‌شود.

  انواع شامپو بر اساس نوع مو

  شامپوها بر اساس نوع مو به چرب ، معمولی و خشک تقسیم می‌شوند. شامپو برای مو‌های چرب ، باید دارای قدرت پاک کنندکی بیشتر و روغن کمتر باشد. شامپو برای موهای خشک دارای مقداری نرم کننده است. موهای چرب باید هر روز ، موهای معمولی یک روز در میان و موهای خشک دو سه روز در میان شسته شوند.

• شامپوهای طبی

  گفته شد که کارکرد و توانایی شامپوهای مختلف در حفظ موها تفاوت زیادی ندارند. اما برخی از شامپوها ساختمان متفاوتی دارند و کاربرد‌های آن بخصوص است، مثل شامپوهایی که جنبه دارویی و طبی دارند. از جمله این شامپوها می‌توان به شامپوهای ضد التهاب و ضد جوش ، شامپوهای ضد قارچ و ضد شوره ، شامپوهای درمان کننده جوش سر ، شامپوهای التیام دهنده پوست و تسریع کننده ایجاد بافت اشاره کرد

شیمی در خدمت پخت و پز

عمل پختن

در بسیاری ازموارد ، عمل پختن شامل دی پلیمرپزاسیون (Depolymerizathon) پروتئینها یا هیدراتهای کربن توسط حرارت دادن و هیدرولیز آنها است. دی پلیمرپزاسیون به معنی تکه تکه شدن زنجیر پلیمری به زنجیرهای کوتاهتر است.

پلیمرهایی که در صورت موثر بودن عمل پخت باید (دی پلیمر) شوند شامل مواد هیدرات کربنی دیواره سلولی در سبزیجات و کالوژن (Collagen) یا بافت پیوندی ( Connecthve tissues) در گوشت هستند. هر دو نوع این پلیمرها در آب گرم یا گرمای مرطوب تحت عمل ئیدرولیز قرار گرفته و دی پلیمره می‌شوند. در هر حال یک دی پلیمریزاسیون جزئی ، مورد نیاز است

مزیت عمل پختن

باید توجه داشت که هدف از پختن غذا تهیه یک ظرف پر از گلوکز به جای نان پخته شده و یا یک دیگ مملو از اسید‌های آمینه بجای گوشت سرخ شده نیست. اما هیدرولیز جزیی نشاسته مقداری گلوکز آزاد می‌کند که یک طعم شیرین‌تر به غذا می‌بخشد. در ضمن همین عمل ، دی پلیمریزاسیون جزئی می‌تواند تعداد زیادی از پیوندهای شیمیایی را که باید شکسته شوند تا غذا هضم شود، بشکند.

به بیان کلی ، می‌توان چنین گفت که غذای پخته شده ، راحتر هضم می شود. چون غذای مورد نظر به منوساکاریدها یا اسیدهای آمینه خرد شده است.

ضرر عمل پختن طولانی مدت

اگر شرایط پخت شدید باشد، بسیاری از مواد غذایی از جمله ویتامینها از بین می‌روند.

اولین منظور از پختن

اولین منظور از پختن ، از بین بردن باکتریهای مضر است. گرچه در عمل ممکن نیست که این روش صد درصد موثر باشد، ولی در پختن معمولی ، حرارت معمولا به اندازه‌ای است که برای گسستن دیواره‌های سلولی اغلب باکتریها کافی‌است.

عمل پختن و آزاد شدن دی‌اکسید کربن

در بعضی موارد ، عمل پختن باعث انجام واکنشهای شیمیایی خاصی می‌شود که حاصل آن ، آزاد شدن گاز دی‌اکسید کربن است. گاز دی‌اکسید کربن ، باعث (ور آمدن) نانها و شیرینیها می‌شود. عاملی که باعث ایجاد دی‌اکسید کربن و تولید حبابهایی با استفاده از خمیر ترش ، در نان می‌شود. همان اعمال متابولیک خمیر ترش است که باعث تورم نان می‌شود و این امر باعث ایجاد قرص براق نان می‌گردد. البته گاز دی‌اکسید کربن در حین عمل پختن می‌تواند توسط سایر فرایندها هم تولید شود. به عنوان مثال بی‌کربنات سدیم در اثر حرارت با اجزا و عناصر موجود در خمیر واکنش می‌دهد و تولید دی‌اکسید کربن می‌کند.

ترکیبات پودر کیک

پودر کیک شامل بی‌کربنات سدیم و یک نمک اسیدی یا نمکی است که در نتیجه فرایند هیدرولیز ، اسید تولید می‌کند. بعضی از ترکیبات بکار رفته برای این منظور عبارتند از :

• پتاسیم هیدروژن تارتارات .
• کلسیم دی هیدروژن فسفات منو هیدرات .
• سدیم اسید پیرو فسفات .
  
  

واکنش این پودرهای سفید نمک با بی‌کربنات سدیم شبیه هم هستند. گرچه این ترکیبات دارای ظاهری متفاوت هستند.

مزه گوشت

مزه گوشتها ناشی از مقادیر متنابهی هیدروکربور و پروتئین مشتق شده از پورین و پریمیدین دو (نوع اسید آمینه) می‌باشند. تمامی نوکلئو پروتئینها بر اساس ساختمان (پورین) تشکیل شده‌اند. ترکیبات مختلف پورین موجود در گوشت جمعا مزه گوشت را ایجاد می‌کنند. ولی پورین‌ها بی تردید در حین درست کردن سوپ یا سایر غذاهای آبکی ، توسط آب از گوشت، خارج می‌شوند.

بوی ماهی گندیده

بوی ماهی گندیده مربوط به وجود اکسید تری‌متیل آمین در غضروف ماهی می‌باشد. در همان موقعی که ماهی شروع به فاسد شدن می‌کند، این ترکیب بتدریج تبدیل به ماده فوق‌العاده بودار تری‌متیل آمین می‌شود.

نرم کننده گوشت

اینگونه مواد در واقع آنزیم‌هایی هستند که به صورت کاتالیزور عمل نموده و باعث شکسته شدن پیوندهای پپتیدی پروتئینها (به صورت هیدرولیز) در دمای اتاق می‌شوند و در واقع همان نتایج حاصل از پختن معمولی در زمان خیلی کوتاه مشاهده می‌شود. نرم کننده‌های گوشت غالبا از فراورده‌های گیاهی مثل پاپاین (Papain) که یک الاستین و یک کالوژن دارد و اعمالی هم روی رشته‌های پروتئینی ماهیچه نشان می‌دهد، تشکیل شده است که از طرف دیگر آنزیمهای موجودات ابتدایی کوچک (باکتریها یا قارچها یا هر دو) تاثیرات قابل ملاحظه‌ای بر روی تارهای ماهیچه دارند.

فرمول نرم کردن گوشت گاو

1. 2% پاپاین تجارتی
2. 5% قارچهای ابتدای
3. 15% دکستروز
4. منوسدیم گلوتامیک و نمک

عطر

دید کلی

عطرها موادی هستند که انسان‌ها برای اینکه خوش‌بو باشند و در نزد دیگران مقبول ، از آنها استفاده می‌کنند. عطرهایی که از مواد طبیعی بدست می‌آیند، مانند مشک آهوی ختن ، اندکند. اغلب این مواد ، از مواد شیمیایی و بصورت سنتزی تولید می‌شوند. با ساختار عطرها آشنا می‌شویم.

مواد سازنده عطر

هر نوع عطر دست‌کم از سه جزء تشکیل یافته است که فراریت و وزن ‏مولکولی آنها تا حدی باهم تفاوت دارند.

جزء اول

جزء اول که تاپ نوت نامیده می شود، فرارترین ماده و مشخصترین بو را در دارا بوده ‏و در تولید عطر کاربرد دارد.‏

جزء دوم

جز دوم که میدل نوت نامیده می شود، کمتر فرار است و عموما عصاره یک ‏گل (بنفشه ، یاس و غیره) است.‏

جزء سوم

آخرین جزء یا اندنوت ، کمترین فراریت را دارد و معمولا یک رزین یا پلیمر مومی ‏است.‏

سیوتون ، اصلی‌ترین سازنده عطر

بیشتر عطرها اجزای بسیاری دارند و از لحاظ شیمیایی غالبا مخلوطهای ‏کمپلکس هستند. با پیشرفت تجزیه مواد عطر طبیعی ، مصرف ترکیبات آلی ‏سنتزی خالص که بوی آنها همانند بوی عطر خاصی می‌باشد، بسیار ‏معمول شده است. نمونه آن سیوتون ، یک کتون حلقوی است که از سیویت ‏بدست می‌آید. سیویت ، ماده‌ای است که از غده‌های گربه سیویت ترشح ‏می‌شود.

گربه سیویت ، حیوانی شبیه به گربه است که در اتیوپی و افریقای ‏مرکزی یافت می‌شود.‏ سیوتون در عطر سازی ارزش بسیار دارد. امروزه سیوتون بصورت سنتزی ‏موجود است. برای سنتز سیوتون ، نخست 8 ، هگزادکان ـ1 ، 16، دی ‏کربوکسیلیک اسید تهیه می‌کنند و سپس آنرا بصورت حلقه در می‌آورند. یون توریم (Th⁺⁴) کاتالیزور بسته شدن این حلقه است.

سیویت ، مانند مشک ، مجموعه‌ای از مواد جاذب جنسی است. این مواد ‏جاذب جنسی در عطرهای موثر با زیرکی بوسیله بوهای گل و گیاهی ‏پوشانده می‌شوند. جاذبه اولیه از بوی خوش حاصل می‌شود. اما اثر ‏اساسی ناشی از سیویتون یا مشک است.‏

سایر ترکیبات عطر

ترکیبات دیگری که در عطرها بکار می‌روند، شامل الکلها و استرهایی با وزن ‏مولکولی زیادند. یک نمونه ، ژرانیول (با نقطه جوش‎‎‏ 230 درجه سانتی‌گراد) یک جزء اصلی از ‏روغن ژرانیوم (شمعدانی معطر) ترکیه‌ای است.‏ استرهای این الکل ، برای ساختن ماده معطر سنتزی که بوی رز دارد، در ‏عطرسازی بکار می‌رود. مثلا استری که از واکنش میان ژرانیول و اسید فرمیک تشکیل می‌شود، بوی رز دارد.‏

عطرها نوعا 10% تا 25% اسانس عطر و 75% تا 80% الکل و یک ثابت ‏کننده برای نگه داشتن روغن‌های اسانسی دارد. عطرها به بیشتر مواد ‏آرایشی افزوده می‌شوند تا محصول بدست آمده بوی مطلوب داشته باشند؛ ‏این مواد بوهای طبیعی و دیگر اجزایی مانند مواد جاذب جنسی را می‌‏پوشانند. آنها بعلت داشتن الکل ، خاصیت ضدعفونی و باکتری‌کشی ‏ملایمی دارند.‏

مواد دافع بو

حدود 2 میلیون غده عرق بر سطح بدن دست اندرکار تنظیم دمای بدن ‏هستند. این غده‌ها با ترشح آب که تبخیر آن اثر خنک کنندگی دارد، دمای بدن ‏را تنظیم می‌کنند. از این تبخیر ، اجزای جامدی به جای می‌ماند که عمدتا ‏سدیم کلرید و مقادیر کمتری پروتئین و دیگر مواد مرکب آلی است. ‏بوی بدن بیشتر از آمینها و مواد حاصل از هیدرولیز روغنهای چرب (اسیدهای ‏چرب ، آکرولیین و غیره) است که از بدن و از رشد باکتریایی در باقیمانده ‏حاصل از غده‌های عرق گسیل می یابند. برای آنکه بدن انسان وظایف خود را ‏به خوبی انجام دهد، عمل تعریق هم امری عادی و هم ضروری است. خود ‏عرق کاملا بی بو است، اما محصولات تجزیه باکتریایی چنین نیستند

انواع مواد دافع بو

مواد دافع بو از سه نوع عمده هستند:

• یک نوع آنها ، بطور مستقیم تعرق را می‌خشکاند یا بعنوان مواد ‏منقبض‌کننده عمل می‌کنند.
  
  
• نوع دیگر آنها که بو دارند و بوی عرق را می‌پوشانند.
  
  
• نوع سوم آنها که ترکیبات بودار را با واکنش شیمیایی برطرف می‌کنند. از جمله موادی که بعنوان قابض عمل می‌کنند، آلومینیم سولفات ‏آبپوشیده ، کلرید آلومینیم آبپوشیده (‏O‏₂‏H‏6 . ₃‏AlCl‏) ، آلومینیم کلروهیدرات ( در ‏واقع آلومینیم هیدروکسی کلرید ) و الکلها هستند. ‏

مواد بی‌بو کننده

از جمله مواد مرکبی که بعنوان عوامل بی‌بو کننده عمل می‌کنند، روی ‏پروکسید ، روغن‌های اسانسی و عطرها و انواعی از مواد ضد عفونی کننده ‏ملایم هستند. روی پروکسید ، مواد مرکب بودار را با اکسید کردن آمین‌ها و ‏ترکیبات اسیدهای چرب بر طرف می‌کند. روغن‌های اسانسی ، عطرها یا ‏بوها را جذب می‌کنند یا آنها را می‌پوشانند و ضدعفونی کننده‌ها معمولا ‏عوامل اکسید کننده یا کاهنده‌ای هستند که باکتریهای ایجاد کننده‌ بو را ‏می‌کشند.‏

قورباغه سمی

دید کلی

قورباغه هایی که درباره آن صحبت می‌کنیم، از غده‌های پوستی خود ، زهر ترشح می‌کنند، رنگشان زرد و حتی قرمز است و در اکوادر زندگی می‌کنند.‏

مکانیسم عمل قورباغه

این قورباغه‌های زهرپاش که در چندین خانواده رده بندی شده‌اند، با رنگهایشان خود را از ‏‏آسیب شکارگران در امان می‌دارند و در واقع ، با رنگ فریبنده به شکارگران هشدار می‏‏دهند که به سراغ آنها نروند. زهر موجود در بدن قورباغه ، فیلوباستی تریبیلیز تا حدی ‏زیاد ‏است که می‌تواند 20000 موش یا 20 انسان را بکشد. حتی تماس با این ‏قورباغه برای ‏انسان کشنده است.

مردم بومی کلمبیا ، هنگام شکار از زهر این قورباغه استفاده می‌کنند و آن را به ‏‏تیر و کمان خود می‌مالند.

بررسی و اکتشاف دانشمندان

در سال 1974 دانشمندان با بررسی زهر قورباغه زرد و کوچک ‏‏اپیپدو باستی تری کولور در یافتند که آلکالویید موجود در زهر این قورباغه ، مانند ‏داروی ‏مخدر ، واکنشی درد زدایی را در موشهای آزمایشگاهی ایجاد می‌کند. دانشمندان با مسایل زیادی روبرو بودند. حتی پس از جمع آوری 750 قورباغه ، فقط ‏500mg ‏‏زهر جمع آوری کردند. نمی‌دانستند عامل فعال این زهر چیست و بدتر از آن این قورباغه‌ها از گونه‌های حفاظت شده محسوب می‌شدند.

مشکلات دانشمندان به همین حالت ‏‏باقی بود تا اینکه در اوایل دهه 1990 روشهای تجزیه‌ای پیشرفته ای بوجود آمد که با ‏‏استفاده از آنها مشخص شد که عامل فعال زهر این قورباغه ، ترکیبی است که آن را اپی ‏‏باتیرین نام نهادند (بر گرفته از نام علمی این قورباغه).‏

ساختار اپی باتیرین

اپی باتیرین ساختاری شبیه به نیکوتین دارد و از طریق فعالسازی گیرنده استیل ‏کولین ‏نیکوتین عمل می‌کند و بدین ترتیب مانند مورفین که از راه گیرنده دیگری ‏عمل می‌کند، ‏اعتیاد آور نیست. اپی باتیرین ، در تسکین درد حیوانات 200 بار قوی‌تر از مورفین است.‏

تشکیل اپی باتیرین در بدن قورباغه

قورباغه‌های آزمایشگاهی ، اپی باتیرین تولید نمی‌کنند. بنابراین ، می‌توان نتیجه ‏گرفت ‏که فقط قورباغه‌ها در زیستگاههای طبیعی خود که از حشرات (مانند مورچه) ‏و گیاهان ‏تغذیه می‌کنند، اپی باتیرین دارند. شیمیدانان راههایی را برای ساخت این ماده ‏در ‏آزمایشگاه پیدا کرده‌اند.‏

کاربردهای پزشکی اپی باتیرین

سمیت این ترکیب ، فراتر از آن است که مورد استفاده انسانی باشد. بنابراین شیمیدانان ‏‏صدها مولکول مشابه آنرا ساخته‌اند. یکی از آنها یعنی ‏R‏ ـ 5 (2ـ آزیترینیل متوکسی) ـ2ـ ‏‏کلرو پیریدین که به اختصار 594 ـ ‏ABT‏گفته می‌شود، نسبت به اپی باتیرین سمیت ‏‏بسیار کمتری دارد و درد زدایی موثری تلقی می‌شود. 594 ـ ‏ABT‏ در حال حاضر در ‏‏آزمایشگاههای بالینی بکار می‌رود و به نظر نمی‌آید اعتیاد آور باشد.‏

ترمو شیمی

دید کلی
انجام یک واکنش شیمیایی با تغییر انرژی همراه می‌باشد. واکنشی که هنگام سوختن گاز طبیعی و هوا صورت می‌گیرد، گرمای لازم برای پختن غذا روی اجاق گاز یا جوشیدن آب را فراهم می‌کند. در مقابل تشکیل گلوکز در فرایند فتوسنتز نیاز به جذب انرژی نورانی خورشید دارد. اکثر واکنشهای شیمیایی گرما تولید می‌کنند. در واکنشهای گرماده ، گرما از مخلوط واکنش به محیط اطراف جریان می‌یابد و اثر این جریان ، افزایش دمای محیط می‌باشد.

واکنشهایی که از محیط اطراف گرما جذب می‌کنند (گرماگیر) زیاد معمول نیستند. در این موارد می‌توان به ذوب شدن یخ اشاره کرد که در این واکنشها جهت جریان گرما ، از اطراف به مخلوط واکنش است. وقتی تکه یخی در لیوان آب داغی ذوب می‌شود، دمای آب را پایین می‌آورد.

واکنشهای شیمیایی از لحاظ ترموشیمی

مقدار گرمای تولید شده یا جذب شده ، در یک واکنش شیمیایی یا یک تغییر فاز را می‌توان با اندازه گیری دما در یک فرایند آدیاباتیک اندازه گیری کرد. از آنجا که اندازه‌گیری تغییرات بسیار کوچک دما امکان پذیر است، روش مطالعه ترمودینامیک واکنشهای شیمیایی و تغییرات فاز با اندازه گیری دما بسیار حساس است.

اگر انجام گرفتن واکنشی در یک سیستم ایزوله با افزایش دما همراه باشد، برای باز گردانیدن آن سیستم به دمای آغازین بایستی اجازه دهیم تا گرما به محیط اطراف منتقل گردد. چنین واکنشی را گرمازا می‌نامیم و گرما ( q ) برای آن منفی می‌باشد. اگر انجام گرفتن یک واکنش در سیتمی ایزوله با کاهش دما همراه باشد، باز گرداندن سیستم به دمای آغازین مستلزم وارد شدن گرما به سیستم است. این واکنشها گرماگیر نام دارند و گرما برای آنها مقدار مثبتی است.

رابطه تولید یا جذب گرما با واکنش شیمیایی

بطور کلی تغییر انرژی مشاهده شده در یک واکنش ناشی از اختلاف بین انرژی محصولات و مواد اولیه می‌باشد. اگر انرژی محصولات واکنش بیش از مواد اولیه باشد، برای انجام واکنش باید به سیستم انرژی دهیم. برعکس اگر انرژی محصولات واکنش کمتر از مواد اولیه باشد، مقداری انرژی به صورت گرما در اثر واکنش آزاد خواهدشد. اکثر واکنشهای انجام شده در آزمایشگاههای شیمی در فشار ثابت انجام می‌شوند ( فشار atm). جریان گرمای این واکنشها به محتوای گرمایی یا آنتالپی آنها بستگی دارد.

جریان گرمایی تمام واکنشهایی که مستقیما در فشار ثابت انجام می‌شوند دقیقا با اختلاف بین آنتالپی محصولات و مواد اولیه آنها برابر است.

واکنش H∆ = مواد اولیه H - محصولات Q_p = H

که در این رابطه Q_p جریان گرمایی واکنش در فشار ثابت و H محتوای گرمایی یا آنتالپی می‌باشد. البته برای درک رابطه بین تولید یا جذب گرما با واکنش شیمیایی ، از قانون اول ترمودینامیک استفاده می‌شود و دانستن نوع تغییر شیمیایی و اندازه آن ضروری می‌باشد.

H∆ در واکنشهای گرماده و گرماگیر

در واکنشهای گرماده آنتالپی همیشه کاهش می‌یابد (0>H∆). یعنی سیستم واکنش با از دست دادن این آنتالپی ، منبعی برای پخش گرما به محیط اطراف فراهم می‌سازد. برعکس یک واکنش گرماگیر با افزایش آنتالپی همراه می‌باشد (یعنی H∆بزرگتر از صفر است). در حقیقت گرمایی که سیستم جذب می‌کند، آنتالپی را بالا می‌برد.

حالتهای استاندارد در ترموشیمی

برای مشخص کردن حالت مواد واکنش دهنده و فراورده‌ها معمولا واکنشهایی مد نظر هستند که در آنها مواد واکنش دهنده از حالت استاندارد خود به فراورده‌هایی تبدیل می‌شوند که آنها هم در حالت استاندارد هستند. وقتی که اجسام در حالت استاندارد باشند، کمیات ترمودینامیکی را با بالاوند صفر نمایش می‌‌دهند. حالتهای استاندارد در ترمودینامیک شیمیایی به صورت زیر تعریف می شوند.

• حالت استاندارد یک جسم گازی خالص در دمای معین ، همان گاز ایده آل در فشار bar 1 است.
  
  
• حالت استاندارد یک مایع خالص در دمای معین ، مایع خالص در فشار bar 1 است.
  
  
• حالت استاندارد یک جسم بلوری خالص در دمای معین ، جسم بلوری خالص ، درفشار bar 1 می‌باشد.
  
  
• حالت استاندارد یک ماده محلول ، حالتی فرضی از آن ماده در محلول ایده آل ، مولالیته حالت استاندارد ( 1mol kg^-1 ) درفشار bar 1 در هر دما می‌باشد.

قوانین ترموشیمی

1. "لاووازیه" و "لاپلاس" در سال 1870 نشان دادند که گرمای جذب شده در تجزیه یک جسم باید با گرمای آزاد شده در تشکیل آن در همان شرایط ، یکسان باشد. به این ترتیب اگر واکنشی را به صورت معکوس بنویسیم، علامت H∆__ تغییر خواهد کرد.
   
   
2. در سال 1840 "هس" نشان داد که گرمای کلی یک واکنش شیمیایی در فشار ثابت ، بدون در نظر گرفتن حالتهای واسطه واکنش ، مقداری معین می‌باشد. این نکته ، بازتاب این واقعیت تجربی است که آنتالپی ، یک تابع حالت است و به مسیر طی نشده یا تعداد مراحل در مسیر ارتباطی ندارد و اگر واکنشی ، مجموعی از دو یا چند واکنش دیگر باشد، H∆ کل ، مجموع تغییرات آنتالپی واکنشهای دیگر است (قانون هس).
   
   
3. چون آنتالپی مستقیما با جرم متناسب است، H∆ نیز با مقدار ماده‌ای که ترکیب می‌شود یا در واکنشی تولید می‌شود، متناسب است.
   
   
4. از طریق قانون هس می‌توان جریان گرمای واکنشی را که محاسبه آن مستقیما از یک مرحله مشکل یا غیر ممکن است تعیین نمود.

گرمای تشکیل

از آنجا که آنتالپیهای مطلق ناشناخته‌اند، به جای آنها از آنتالپی نسبت به یک حالت مرجع استفاده می‌شود که این حالت مرجع گرمای تشکیل یا آنتالپی تشکیل می‌باشد. آنتالپی مولی تشکیل یک ترکیب ( H_f∆ ) برابر است با تغییر H∆ آن در هنگام تشکیل یک مول از این ترکیب ، از عناصرش در حالت پایدار در دمای 25 درجه و فشار atm 1.

آنتالپی تشکیل یک عنصر در حالت استاندارد خود ، درهر دمایی صفر است. می‌توان H∆ هر واکنش را با گرمای تشکیل ترکیبات شرکت کننده ارتباط داد. H∆ هر واکنش برابراست با اختلاف مجموع گرماهای تشکیل محصولات و مجموع گرماهای تشکیل مواد اولیه. آنتالپی‌های تشکیل مواد را می‌توان از روشهای زیر بدست آورد.

1. روش گرما سنجی برای واکنشهای ذوب ، تصعید ، تبخیر ، انتقال و … .
   
   
2. تغییر ثابتهای تعادل در اثر تغییر دما.
   
   
3. اندازه گیری انرژیهای تفکیک با روش طیف‌بینی.
   
   
4. محاسبه از طریق انرژیها و آنتروپی‌های گیبس
   
   

در کتابهای مرجع آنتالپی‌های تشکیل برای ترکیبات مختلف در دماهای گوناگون در جدولهای مختلفی در دسترس هستند

الکترولیز

دید کلی

رسانایی الکترولیتی هنگامی صورت می‌گیرد که یونهای الکترولیت بتوانند آزادانه حرکت کنند، چون در این مورد ، یونها هستند که بار الکتریکی را حمل می‌کنند. به همین دلیل است که رسانش الکترولیتی ، اساسا توسط نمکهای مذاب و محلولهای آبی الکترولیتها صورت می‌گیرد. علاوه بر این ، برای تداوم جریان در یک رسانای الکترولیتی ، لازم است که حرکت یونها با تغییر شیمیایی همراه باشد.

اصول رسانش الکترولیتی

این اصول رسانش الکترولیتی با بررسی الکترولیز NaCl مذاب بین الکترودهای بی‌اثر بهتر متصور می‌گردد. منبع جریان ، الکترونها را به الکترود سمت چپ می‌راند. بنابراین ، می‌توان گفت که این الکترود ، بار منفی پیدا می‌کند. این الکترونها ، از الکترود مثبت سمت راست کشیده می‌شوند. در میدان الکتریکی که بدین ترتیب بوجود می‌آید، یونهای سدیم ( کاتیونها ) به طرف قطب منفی ( کاتد ) و یونهای کلرید ( آنیونها ) به طرف قطب مثبت ( آند ) جذب می‌شوند.

در رسانش الکترولیتی ، بار الکتریکی بوسیله کاتیونها که به طرف کاتد و بوسیله آنیونها که در جهت عکس ، به طرف آند حرکت می‌کنند، حمل می‌شود. برای آنکه یک مدار کامل تشکیل شود، حرکت یونها باید با واکنشهای الکترودی همراه باشد. در کاتد ، اجزای شیمیایی معینی ( که لازم نیست حتما حامل بار باشند ) باید الکترونها را بپذیرند و کاهیده شوند و در آند ، الکترونها باید از اجزای شیمیایی معینی جدا شده ، در نتیجه آن اجزا اکسید شوند.

یونهای سدیم در کاتد کاهیده می‌شوند:

Na⁺ + e→Na

یونهای کلرید در آند ، اکسید می‌شوند:

2Cl^-→Cl₂ + 2e

از جمع این دو معادله جزئی ، واکنش کلی سلول بدست می‌آید:

(2NaCl(l)→2Na(l) + Cl₂(g

مسیر جریان الکترونها در الکترولیز

الکترونها از منبع جریان خارج شده ، به طرف کاتد روانه می‌شوند. در آنجا یونهای سدیمی که به طرف این الکترود منفی جذب شده‌اند، الکترونها را می‌گیرند و کاهیده می‌شوند. یونهای کلرید از کاتد دور و به آند کشیده می‌شوند و در نتیجه ، بار منفی را در این جهت حمل می‌کنند. در آند ، الکترونها از یونهای کلرید جدا شده ، بوسیله منبع جریان به طرف خارج سلول رانده می‌شوند، بدین طریق ، مدار کامل می‌شود. البته ، یونهای کلرید با از دست دادن الکترون اکسید شده ، به‌صورت گاز کلر درمی‌آیند.

عوامل موثر بر رسانش الکترولیتی

از آنچه گفته شد، مشخص می‌شود که رسانش الکترولیتی به تحرک یونها مربوطه می‌شود و هر چیز که این یونها را از حرکت باز دارد، موجب ایجاد مقاومت در برابر جریان می‌شود. عواملی که بر رسانش الکترولیتی محلولهای الکترولیت اثر دارند، عبارتند از: جاذبه‌های بین یونی ، حلالپوشی یونها و گرانروی حلال. این عوامل به‌ترتیب به جاذبه‌های بین ذرات ماده حل شده ، جاذبه‌های بین ذرات حلال و ماده حل شده و جاذبه‌های بین ذرات حلال مربوط می‌شوند.

انرژی جنبشی متوسط یونهای ماده حل شده با افزایش دما زیاد می‌شود. و بنابراین ، مقاومت رساناهای الکترولیتی به‌طور کلی با افزایش دما کاهش می‌یابد (یعنی رسانایی زیاد می‌شود). به‌علاوه ، اثر هر یک از سه عامل مذکور با زیاد شدن دما ، کم می‌شود.

باید توجه داشته باشیم که در هر زمان ، تمام قسمتهای محلول الکترولیت از نظر خنثی می‌ماند، زیرا بار مثبت کلی همه کاتیونها برابر با بار منفی همه آنیونها است.

استوکیومتری الکترولیز

روابط کمی میان الکتریسیته و تغییر شیمیایی برای نخستین بار در سالهای 1832 و 1833 بوسیله "مایکل فارادی" بیان شد. برای درک کار فارادی ، بهترین راه مراجعه به نیم واکنشهایی است که به هنگام عمل الکترولیز صورت می‌گیرد. به هنگام الکترولیز سدیم کلرید مذاب ، تغییر در کاتد:

Na⁺ + e→Na

نشان می‌دهد که برای تولید یک اتم سدیم ، یک الکترون لازم است. پس برای تولید یک مول سدیم فلزی ( 22.9898g Na ) ، یک مول الکترون ( عدد آووگادرو الکترون ) لازم است. مقدار بار معادل با یک مول الکترون ، فارادی (F) نامیده می‌شود. یک فارادی برابر با 96485 کولن است که برای مسائل معمولی ، آن را گرد کرده، برابر با 96500C در نظر می‌گیریم:

1F=96500C

اگر 2F الکتریسیته مصرف شود، 2 مول Na تولید می‌شود. در همان زمان که عده الکترونهایی معادل 1F الکتریسیته به کاتد اضافه شود، همان عده الکترون از آند جدا می‌شود:

2Cl→Cl₂(g) + 2e

نتیجه جدا شدن 1mol الکترون (1F) از آند ، تخلیه بار یک مول یون ^-Cl و تولید 0.5mol گاز کلر است. اگر 2F الکتریسیته در سلول جریان یابد، 2 مول یون تخلیه می‌شود و 1mol گاز Cl₂ آزاد می‌شود. بنابراین واکنشهای الکترودی را می‌توان بر حسب مول و فارادی تفسیر کرد. مثلا ، اکسایش آندی یون هیدروکسید:

4OH^-→O₂(g) + 2H₂O + 4e

را می‌توان این طور بیان کرد که وقتی 4F الکتریسیته از سلول می‌گذرد، 4 مول یون ^-OH ، یک مول گاز O₂ و دو مول H₂O تولید می‌کند. روابط میان مولهای ماده و فارادی های الکتریسیته ، مبنای محاسبات استوکیومتری مربوط به الکترولیز است. به خاطر داشته باشید که یک آمپر (1A) برابر آهنگ جریان یک کولن (1C) در ثانیه است.

اکسیداسیون-احیا

واکنشی را که در آن ، تبادل الکترون صورت می‌گیرد، واکنش اکسیداسیون- احیا Oxidation - reduction نامیده می‌شود

 

تبادل الکترونی

احیا کننده 1<----- ne + احیا کننده 1

 

اکسید کننده 2<-----ne - احیا کننده 2

 

اکسید کننده 2 + اکسید کننده1<----- احیا کننده 2 + احیا کننده 1

پس در نتیجه تبادل الکترونی بین یک اکسید کننده و یک احیا کننده یک واکنش شیمیایی رخ می دهد.

فرآیند اکسیداسیون (اکسایش)

فرآیندی است که در آن یک جسم (اکسید کننده) الکترون می‌گیرد و عدد اکسایش یک اتم افزایش می‌یابد.

فرآیند احیا (کاهش)

فرایندی است که در آن یک جسم (احیا کننده) الکترون از دست می‌دهد و عدد اکسایش یک اتم کاهش می‌یابد.

مثالی از واکنشهای اکسایش و کاهش

بر این اساس ، واکنش زیر یک واکنش اکسایش و کاهش می‌باشد. چون عدد اکسایش اتم S از صفر به +4 افزایش پیدا می‌کند و می‌گوییم گوگرد اکسید شده است و عدد اکسایش اتم O از صفر به -2 کاهش پیدا کرده است و می‌گوییم اکسیژن کاهیده شده است:

S + O₂ → SO₂

که در آن ، در طرف اول عدد اکسیداسیون هر دو ماده صفر و در طرف دوم ، عدد اکسیداسیون گوگرد در ترکیب +4 و اکسیژن ، -2 است.

اما در واکنش زیر اکسایش- کاهش انجام نمی‌شود، زیرا تغییری در عدد اکسایش هیچ یک از اتمها به وجود نیامده است:

SO₂ + H₂O → H₂SO₄

که در SO₂ ، عدد اکسیداسیون S و O بترتیب ، +4 و -2 و در آب ، عدد اکسیداسیون H و O بترتیب +1 و -2 و در اسید در طرف دوم ، عدد اکسیداسیون H و S و O بترتیب ، +1 ، +4 و -2 است.

عامل اکسنده و عامل کاهنده

با توجه به چگونگی نسبت دادن اعداد اکسایش ، واضح است که نه عمل اکسایش و نه عمل کاهش بتنهایی انجام پذیر نیستند. چون یک ماده نمی‌تواند کاهیده شود مگر آن که هم‌زمان ماده ای دیگر ، اکسید گردد، ماده کاهیده شده ، سبب اکسایش است و لذا عامل اکسنده نامیده می‌شود و ماده‌ای که خود اکسید می‌شود، عامل کاهنده می‌نامیم.

بعلاوه در هر واکنش ، مجموع افزایش اعداد اکسایش برخی عناصر ، باید برابر مجموع کاهش عدد اکسایش عناصر دیگر باشد. مثلا در واکنش گوگرد و اکسیژن ، افزایش عدد اکسایش گوگرد ، 4 است. تقلیل عدد اکسایش ، 2 است، چون دو اتم در معادله شرکت دارد، کاهش کل ، 4 است

موازنه معادلات اکسایش- کاهش

دو روش برای موازنه واکنشهای اکسایش- کاهش بکار برده می‌شود: روش یون- الکترون و روش عدد اکسایش.

روش یون- الکترون برای موازنه معادلات اکسایش- کاهش

در موازنه معادلات به روش یون- الکترون ، دو دستور کار که کمی با هم متفاوت‌اند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. یکی برای واکنشهایی که در محلول اسیدی انجام می‌گیرد و دیگری برای واکنشهایی که در محلول قلیایی صورت می‌پذیرد.

• مثالی برای واکنشهایی که در محلول اسیدی رخ می‌دهد، عبارت است:
  
  

Cr₂O₇^-2 + Cl^- → Cr⁺³ + Cl₂

این واکنش موازنه نشده ، طی عملیات زیر موازنه می شود:


_ابتدا معادله را به صورت دو معادله جزئی که یکی برای نشان دادن اکسایش و دیگری برای نشان دادن کاهش است، تقسیم کرده و عنصر مرکزی را در هر یک از این نیم واکنش ها موازنه می کنیم:

Cr₂O₇^-2 → 2Cr⁺³

 

2Cl^- → Cl₂

_اتمهای O و H را موازنه می‌کنیم. در سمتی که کمبود اکسیژن دارد، به ازای هر اکسیژن یک H₂O اضافه می‌کنیم و در سمتی که کمبود هیدروژن دیده می‌شود، با افزودن تعداد مناسب ⁺H آن را جبران می کنیم. در مثال بالا، طرف راست ، معادله جزئی اول 7 اتم اکسیژن کم دارد، پس به طرف مزبور 7H₂O افزوده می‌شود. پس اتمهای H معادله جزئی اول را با اضافه کردن چهارده ⁺H به طرف چپ معادله، موازنه می‌کنیم. معادله جزئی دوم ، بصورت نوشته شده ، از لحاظ جرمی ، موازنه است:

14H⁺ + Cr₂O₇^-2 → 2Cr⁺³ + 7H₂O

 

2Cl^-→Cl2

_در مرحله بعد ، باید معادلات جزئی را از نظر بار الکتریکی موازنه می‌کنیم. در معادله جزئی جمع جبری بار الکتریکی طرف چپ برابر +12 و در طرف راست +6 است. 6 الکترون به سمت چپ اضافه می‌شود تا موازنه بار برای معادله جزئی اول حاصل شود. معادله دوم با افزودن دو الکترون به طرف راست ان موازنه می‌شود، ولی چون تعداد الکترونهای از دست‌رفته در یک معادله جزئی باید برابر تعداد الکترونهای بدست آمده در معادله جزئی دیگر باشد، بنابراین طرفین معادله جزئی دوم را در 3 ضرب می‌کنیم:

6e^- + 14H⁺ +Cr₂O₇^-2 → 2Cr⁺³ + 7H₂O

 

6Cl^- → 3Cl₂ + 6e

_معادله نهایی ، با افزایش دو معادله جزئی و حذف الکترونها بدست می‌آید:

14H⁺ + Cr₂O₇^-2 + 6Cl^- → 2Cr⁺³ + 3Cl₂ + 7H₂O

 

• مثالی برای واکنش هایی که در محلول قلیایی صورت می‌گیرد:

MnO₄^- + N₂H₄ → MnO₂ + N₂

_معادله به دو معادله جزئی تقسیم می شود:

MnO₄^- → MnO₂

 

N₂H₄→N₂

_برای موازنه H و O در این واکنش‌ها ، درسمتی که کمبود اکسیژن دارد، به ازای هر اتم اکسیژن ^-2OH و سمت دیگر یک H₂O اضافه می‌کنیم و در سمتی که کمبود هیدروژن دارد به ازای هر اتم هیدروژن ، یک H₂O و در سمت مقابل یک ^-OH اضافه می‌کنیم. سمت راست معادله جزئی اول دو اتم O کم دارد. لذا ^-4OH به سمت راست و 2H₂Oبه سمت چپ می‌افزاییم:

2H2O + MnO₄^- → MnO₂ + 4OH

برای موازنه جرمی معادله جزئی دوم ، باید چهار اتم هیدروژن به سمت راست اضافه کنیم، لذا 4H₂O به سمت راست و ^-4OH به سمت چپ اضافه می‌کنیم:

^-4OH + N₂H₄ → N₂ + 4H₂O

_برای موازنه بار الکتریکی ، هر جا لازم است، الکترون اضافه می‌کنیم و در این جا بطرف چپ معادله جزئی اول ، سه الکترون و بطرف چپ معادله جزئی دوم ، چهار الکترون افزوده می‌شود و برای موازنه کردن الکترونهای بدست آمده و از دست رفته ، مضرب مشترک گرفته و معادله اول را در 4 و معادله دوم را در 3 ، ضرب می‌کنیم:

12e^- + 8H₂ + 4MnO₄^- → 4MnO₂ + 16OH

_جمع دو معادله جزئی، معادله نهایی را بدست می‌دهد:

4MnO₄^- + 3N₂H₄ →4OH^- + 4MnO₂ + 3N₂ + 4H₂O

 

روش عدد اکسایش برای موازنه واکنشهای اکسایش- کاهش

موازنه شامل سه مرحله است. برای مثال واکنش نیتریک اسید و هیدروژن سولفید را در نظر می‌گیریم. معادله موازنه نشده به قرار زیر است:

HNO₃ + H₂S→ NO + S + H₂O

_برای تشخیص اتمهایی که کاهیده یا اکسیده می‌شوند، اعداد اکسایش آنها را از معادله بدست می‌آوریم:

نیتروژن کاهیده شده (از +5 به +2 ، کاهشی معادل 3 در عدد اکسایش) و گوگرد اکسید شده است (از -2 به صفر ، یعنی افززایشی معادل 2 در عدد اکسایش).


_برای ان که مجموع کاهش در اعداد اکسایش برابر با مجموع افزایش این اعداد باشد، ضرایبی متناسب به هر ترکیب نسبت می‌دهیم:

2HNO₃ + 3H₂S→2NO + 3S +H₂O

_موازنه معادله را ، با بررسی دقیقتر ، کامل می‌کنیم. در مراحل پیشین تنها موازنه موادی مطرح شد که اعداد اکسایش انها تغییر می‌کند. در این مثال‌ ، هنوز ضریبی برای H₂O در نظر گرفته نشده است. ولی ملاحظه می‌شود که در سمت چپ واکنش 8 اتم H وجود دارد. همان سمت 4 اتم O نیز اضافی دارد. بنابراین ، برای تکمیل موازنه ، باید در سمت راست معادله ، 4H₂O نشان داده شود:

2HNO₃ + 3H₂S → 2NO +3S + 4H₂O

پس معادلات اکسایش- کاهش مانند واکنش‌های الکتروشیمیایی و واکنش های یونی را می‌توان با یکی از دو روش نامبرده موازنه کرد

آهن گالوانیزه

ماهیت آهن گالوانیزه

در آهن گالوانیزه ، بین آهن و روی ، پیلی الکتروشیمیایی تشکیل می‌شود که در آن روی به جای آهن به عنوان آند بکار می‌رود و آهن به عنوان کاتد. روی در آند اکسید می‌شود چون فلزی پست‌تر یا فعالتر از آهن است و دارای پتانسیل احیاء کمتری از آهن است و پتانسیل اکسید بیشتری از آن دارد.

حلبی

در حلبی هایی که از آن ، قوطی می‌سازند، عمل معکوسی انجام می‌شود. در حلبی ، بر روی آهن ، پوشش قلع بکار رفته است و عمل معکوس آهن گالوانیزه انجام می‌شود. چون آهن فلزی فعالتر از قلع است و پتانسیل احیاء قلع بیشتر از آهن است و به عنوان کاتد در حلبی به کار می‌رود و آهن آند می‌شود. البته در صورتی که پوشش قلع بشکند، خوردگی آهن در زیر این پوشش پیش می‌رود.

علت استفاده از آهن گالوانیزه

علت استفاده و ایجاد آهنهای گالوانیزه ، پدیده خوردگی آهن است. خوردگی آهن زیانهای اقتصادی فاحشی دارد. هزینه سالانه تعویض آهن‌ آلات زنگ زده در جهان مقادیر زیادی را بخود اختصاص می‌دهد. فرآیند زنگ زدن آهن ماهیت الکتروشیمیایی دارد.

خوردگی یا زنگ زدن آهن فقط در حضور اکسیژن و آب صورت می‌گیرد. در جایی بر سطح جسم آهنی، اکسایش آهن انجام می‌شود و آند را تشکیل می‌دهد و در جایی دیگر سطح آن جسم که (O₂(g و H₂O وجود دارد، کاهش انجام می‌شود و کاتد را تشکیل می‌دهد و در نتیجه این عمل، ایجاد یک سلول ولتایی یا پیل ولتایی یا الکتروشیمیایی بسیار کوچک است. الکترونهای تولید شده در ناحیه آندی در میان آهن بسوی ناحیه کاتدی حرکت می‌کند.

کاتیونها ، یعنی یونهای Fe⁺² که در آن آند تولید شده‌اند در آب موجود بر سطح جسم بسوی کاتد می‌روند. آنیونها یعنی یونهای ^-OH که در کاتد تولید شده‌اند، به طرف آند حرکت می‌کنند. این یونها در جایی میان دو ناحیه بهم می‌رسند و Fe(OH)₂ بوجود می‌آورند.

اما "آهن II هیدروکسید" در حضور رطوبت و اکسیژن پایدار نیست. این هیدروکسید به نوبه خود اکسید و به "آهن III هیدروکسید" تبدیل می‌شود که در واقع "آهن III اکسید آبپوشیده" ، Fe₂O₃.xH₂O یا زنگ آهن است.

جاهایی که جسم آهنی زنگ زده گود شده ‌است ، نواحی آندی یا جاهایی هستند که آهن بصورت یونهای Fe⁺² در محلول وارد می‌شوند. نواحی کاتدی جاهایی هستند که بیشتر در معرض رطوبت و هوا هستند ، زیرا (O₂(g و H₂O در واکنش کاتدی دخالت دارند. زنگ آهن همیشه در نقاطی نسبتا دورتر از جاهای گود شده (میان نواحی آندی و کاتدی) ایجاد می‌شود.

اثر آب نمک

آب نمک ، زنگ زدن را تسریع می‌کند، زیرا یونهای موجود در آب به انتقال جریان در سلولهای ولتایی یا پیلهای ولتایی کوچکی که بر سطح آهن برقرار شده‌است، کمک می‌کند. بنظر می‌رسد که بعضی از یونها ، مثلا ^-Cl وکنشهای الکترودی را کاتالیز می‌کنند

آبکاری با فلزات

آبکاری با نیکل

نیکل یکی از مهمترین فلزاتی است که در آبکاری به کار گرفته می‌شود. تاریخچه آبکاری نیکل به بیش از صدها سال پیش باز می‌گردد این کار در سال 1843 هنگامی که R.Rotlger توانست رسوبات نیکل را از حمامی شامل سولفات نیکل و آمونیوم بدست آورد آغاز گردید بعد از آن Adams اولین کسی بود که توانست آبکاری نیکل را در موارد تجاری انجام دهد. نیکل رنگی سفید شبیه نقره دارد که کمی متمایل به زرد است و به راحتی صیقل‌پذیر و دارای خاصیت انبساط و انقباض٬ جوش‌پذیر بوده و مغناطیسی می‌بلاشد. آبکاری با نیکل اساسا به منظور ایجاد یک لایه براق برای یک لایه بعدی مانند کروم و به منظور فراهم آوردن جلای سطحی خوب و مقاومت در برابر خوردگی برای قطعات فولادی٬ برنجی و حتی بر روی پلاستیکهایی که با روش‌های شیمیایی متالیزه شده‌‌‌اند به کار می‌رود. مواد شیمیایی که در الکترولیتهای نیکل به کار می‌روند عبارتنداز:

• نمک فلزی (مهمترین آنها سولفات نیکل است و همچنین از کلرید نیکل و سولفومات نیکل نیز استفاده می‌شود.)
• نمک رسانا (برای بالا بودن قابلیت رسانایی ترجیحا از کلریدها مخصوصا کلرید نیکل استفاده می‌شود.)
• مواد تامپونه کننده (برای ثابت نگه داشتن PH اصولا اسید بوریک به کار برده می‌شود.)
• مواد ضد حفره‌ای شدن (برای جلوگیری از حفره ای شدن به الکترولیتهای نیکل موادی اضافه می کنند که مواد ترکننده نامیده می شوند. سابقا از مواد اکسید کننده به عنوان مواد ضد حفره استفاده می‌شد.)

 

آبکاری با کروم

روکش‌های لایه کروم رنگی شبیه نقره٬ سفید مایل به آبی دارند. قدرت انعکاس سطح کروم‌کاری شده و کاملا″ صیقلی شده در حد 65% است (برای نقره 88%و نیکل 55%) در حالی که خاصیت انعکاس نقره و نیکل با گذشت زمان ضایع می‌شود٬ در مورد کروم تغییری حاصل نمی‌شود. لایه‌های کروم قابل جوشکاری نبوده و رنگ‌کاری و نقاشی را نمی‌پذیرند. کروم در مقابل گازها٬ موادقلیایی و نمکها مقاوم است اما اسید سولفوریک واسید کلریدریک وسایر اسیدهای هالوژن‌دار در تمام غلظتها ودر تمام درجه حرارتها بر روی کروم تاثیر می گذارند. به دنبال رویین شدن شیمیایی٬ روکش‌های کروم مقاومت خوبی در اتمسفر از خود نشان می‌دهند و کدر نمی‌شوند. از این رو به تمیز کردن و یا نو نمودن توسط محلولها یا محصولات حل کننده اکسیدها را ندارند. روکش‌های کروم تا 500 درجه سانتیگراد هیچ تغییری از نظر کدر شدن متحمل نمی‌‌شوند. رویین شدن حالتی است که در طی آن در سطح کروم٬ اکسید کروم (3+) تشکیل می شود. این عمل موجب جابه‌جایی پتانسیل کروم از 0.717 به 1.36 ولت می شود و کروم مثل یک فلز نجیب عمل می نماید. لایه های پوششی کروم براق با ضخامت پایین (در حدود 1 میکرومتر)که غالبا در کروم‌کاری تزیینی با آن روبه رو هستیم فولاد را در مقابل خوردگی حفاظت نمی‌کنند کروم کاری ضخیم که در مقابل خوردگی ضمانت کافی داشته باشد فقط از طریق کروم‌کاری سخت امکانپذیر است. با توجه به اینکه پوشش‌های کروم الکترولیتی سطح مورد آبکاری را به طور کامل نمی‌پوشانند از این رو کروم‌کاری تزیینی هرگز به تنهایی مورد استفاده قرار نمی‌گیرد بلکه همواره آن را به عنوان پوشش نهایی بر روی واکنش‌هایی که حفاظت سطح را در مقابل خوردگی ضمانت می‌نمایند به کار می‌روند. معمولا به عنوان پایه محافظ از نیکل استفاده می‌شود.

آبکاری با مس

مس فلزی است با قابلیت کشش بدون پاره شدن٬ نرم و هادی بسیار خوب جریان برق و گرما. مس از هیدروژن نجیب‌تر است و در نتیجه نه تنها در مقابل آب و محلولهای نمک‌دار بلکه در مقابل اسیدهایی که اکسیدکننده نیستند نیز مقاومت دارد. اکسیدکننده‌ها و اکسیژن هوا به راحتی مس را به اکسید مس (I) و یا اکسید مس (II) تبدیل می‌کنند اکسیدهایی که برخلاف خود فلز در اکثر اسیدها حل می‌شوند. به دلیل وجود گازهای مخرب در محیط که دارای گوگرد هستند٬ روی اشیایی که از جنس مس هستند لایه هایی از سولفور مس به رنگ‌های تاریک و یا سبز تشکیل می‌شود.

الکترولیت‌های آبکاری مس

• الکتر‌ولیت‌هایی برپایه اسید سولفوریک یا اسید فلوریدریک
• الکتر‌ولیت‌هایی که فسفات در بر دارند
• الکتر‌ولیت‌ها ی سیانیدی

الکترولیت‌های اسیدی بر پایه سولفات مس به غیر از مس‌اندود نمودن مستقیم سرب٬ مس و نیکل برای دیگر فلزات مناسب نیستند. اینها روی آهن٬ آلومینیم و روی به طور مستقیم تولید روکش نمی‌کنند اگر در یک الکترولیت اسید اشیایی از جنس آهن٬ آلومینیم و روی فرو ببریم یک لایه اسفنجی در نتیجه مبادله یونی ایجاد می‌شود. این یک لایه پایداری بدون چسبندگی برای لایه‌های دیگر خواهد بود. بنابراین قبل از مس‌اندود نمودن این فلزات در محیط اسیدی باید حتما یک عملیات مس‌اندود نمودن در محیط اسیدی انجام گرفته باشد. الکترولیت‌های سیانیدی٬ علی‌رغم سمی بودنشان به علت دارا بودن خواص خوب اهمیت زیادی پیدا کرده‌اند. پوششهای حاصل از حمام‌های سیانیدی دارای توان پوششی خوبی می‌باشند٬ آنها دارای دانه‌بندی حاصل از چسبندگی فوق‌العاده‌ای‌اند. در نتیجه پدیده‌های شدید پلاریزاسیون٬ قدرت نفوذ الکترولیت‌های سیانیدی بهتر از حمام های مس‌کاری اسید است. الکترولیت‌های پیروفسفات مس برای ایجاد روکش‌های زینتی روی زاماک٬ فولاد٬ آلیاژهای آلومینیم و برای پوشش سطحی فولاد بعد از عملیات سمانتاسیون به کار برده می‌شود. موارد کابردی دیگر می‌توان مس‌کاری سیم‌ها و شکل‌یابی با برق را نام برد.

آلیاژهای مس

• برنج: آْلیاژی از مس و روی که CuZn30 نامیده می‌شود.
• برنز: آلیاژی از مس و قلع می‌باشد.

آبکاری با روی

روی فلزی است به رنگ سفید متمایل به آبی٬ بالاتراز 100 درجه سانتیگراد شکننده٬ مابین100 الی 200 درجه سانتیگراد نرم٬ قابل انحنا و انبساط است و می‌توان به صورت ورقه‌های نازک درآورد٬ بالای 200 درجه سانتیگراد دوباره شکننده می‌شود. خاصیت تکنیکی خیلی مهم روی حفاظت خیلی خوب پوشش‌های آن در مقابل خوردگی است. این خاصیت ترجیحا بواسطه تشکیل لایه یکنواخت و چسبنده اتمسفر ایجاد می‌شود و عموما شامل اکسید و هیدروکسید کربنات روی و گاهی نیز سولفات و کلرید روی می‌باشد.

الکترولیت‌های آبکاری روی

• الکترولیت‌های اسیدی : اسید سولفوریک - اسید کلیدریک و اسید فلوبوریک.
• الکترولیت‌های بازی : سیانیدی - زنکاتی و پیروفسفات.

قدیمی‌ترین نوع روی‌کاری گالوانیزاسیون است . در این روش روی کاری٬ قطعات آهنی بعد از عملیات پرداخت در داخل روی مذاب در درجه حرارتی مابین 420 الی 450 درجه سانتیگراد فرو برده می‌شود. برای اهداف تزئینی از روی‌کاری براق استفاده می‌شود. اساسا″ ترکیب حمام‌های براق شبیه حمام‌های مات است٬ فقط حمام های براق دارای درجه خلوص بالاتر و بعلاوه مواد براق‌کننده آلی و غیرآلی می‌باشند.
معمولا لایه‌های پوششی روی عملیات پسین شیمیایی توسط کروماته کردن و یا فسفاته کردن را پذیرا هستند. در نتیجه کروماته کردن لایه های روی خوردگی روی به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌یابد.

آبکاری با کادمیوم

رنگ آن سفید بوده و به نقره شباهت دارد. بسیاری از خواص کادمیوم به روی شبیه اند. لایه کادمیوم به سهولت قابل لحیم‌کاری است. حفاظت ضدخوردگی کادمیوم شدیدا″ تحت تاثیر محیط خورنده می‌باشد. با توجه به اینکه فلز کادمیوم مسموم کننده است٬ بدین جهت از این لایه ها نباید برای قطعاتی که همیشه دم دست هستند و همچنین در صنایع غذایی استفاده نمود.

الکترولیت‌های آبکاری کادمیوم

حمام های کادمیوم کاری بسیار متداول از انحلال اکسید کادمیوم و یا سیانید کادمیوم در سیانید سدیم تولید می‌شوند.
به وجود آمدن شکنندگی توسط هیدروژن در کادمیوم کاری سیانیدی سبب شده است که الکترولیت‌های اسیدی برای کاربردهای ویژه‌ای تهیه شوند. تنها فرایندی که امروزه سودمند است٬ بر پایه حمام‌های فلوئوبرات مبتنی است.
عملیات پسین پوشش‌های کادمیوم نیز به منظور بهتر نمودن منظر قطعه انجام می‌یابد. غوطه‌ور نمودن کوتاه مدت در اسید نیتریک 0.5-0.3 درصد سبب براق شدن لایه‌ها از نوع نقره خواهد شد. در صورتی که بخواهیم لایه کادمیوم در مقابل خوردگی مقاوم‌تر شود٬ به طریق پسین با استفاده از محلول‌های اسید حاوی یونهای کروم (VI) ممکن خواهد بود. بر طبق غلظت و ترکیب محلول‌های کروم‌دار٬ لایه‌های کرومات به رنگهای آبی آسمانی٬ زرد براق یا سبز زیتونی ایجاد می‌شود که به طور قابل ملاحظه‌ای در مقابل خوردگی لایه را بهتر می‌نمایند.

آبکاری با قلع

قلع فلزی است براق٬ دارای رنگ سفید نقره‌ای٬ در درجه حرارت معمولی در مقابل آب و هوا مقاوم است و اسیدها و بازهای ضعیف به سختی روی آن اثر می‌گذارند. برعکس اسید و بازهای قوی به آسانی روی آن اثر می‌گذارند. به راحتی لحیم‌پذیر است. قلع در مقابل مواد غذایی و اتمسفر معمولی تحت تاثیر قرار نمی‌گیرد. با توجه به اینکه سمی نیست٬ کاربرد زیادی در پوشش‌کاری قطعات صنعتی مواد غذایی و صنعت کنسروسازی دارد. با توجه به لحیم‌کاری بسیار عالی در صنعت برق نیز به کار برده می‌شود.

الکترولیت‌های آبکاری قلع

• الکترولیت‌های اسیدی : اسید فنل سولفونیک - اسید هیدروفلوریک و اسید فلوئوروبونیک.
• الکترولیت‌های قلیایی : براساس استانات سدیم یا پتاسیم و هیدروکسیدهای مربرطه می‌باشد.

پوشش‌های قلع ایجاد شده روی قطعات به طریق الکترولیتی ظاهری کدر دارند با فرو بردن قطعات در حمام روغن داغ (Surfuion) براق می‌شوند. حمام‌های روغن داغ٬ خلل و فرج موجود در پوشش را از بین برده٬ مقاومت در مقابل خوردگی قشر را افزایش می‌دهند. همچنین با استفاده از یک محلول خیلی داغ کرومات قلیایی حاوی یک تر کننده٬ می‌توان مقاومت در مقابل خوردگی قشر قلع‌اندود شده را بهتر نمود.

آبکاری با نقره

نقره فلزی قیمتی (نجیب)٬ به رنگ سفید براق است. اسید کلریدریک٬ اسید سولفوریک و اسید استیک به طور جزیی بر آن اثر می‌کند٬ برعکس اسید نیتریک٬ آن را به صورت نیترات نقره حل می‌کند. نقره توسط سولفور هیدروژن و ترکیبات دیگر گوگرد تولید سولفور نقره به رنگ سیاه می‌نماید. اکسیژن هوا به نقره آسیبی نمی‌رساند.همچنین در مقابل اغلب محلول‌های نمکی و غذایی نیز مقاومت دارد.

الکترولیت‌های آبکاری نقره

حمام‌های نقره کاری شامل سیانید ساده نقره٬ کربنات پتاسیم٬ سیانید پتاسیم یا سیانید سدیم می باشد. هنگامی که از سیانید پتاسیم استفاده می‌شود پوشش به سختی می سوزد. ضمنا لایه‌ها براق و حمام‌ها دارای خاصیت هدایت جریان بیش‌تری هستند. سیانید قلیایی موجود در الکترولیت تحت تاثیر CO2 موجود در اتمسفر به طور جزیی تجزیه شده و تولید کربنات می‌کند. کربنات تولید شده خاصیت هدایت الکتریسیته و قدرت نفوذ الکترولیت را زیاد می‌کند.
پوشش‌های نقره که در حمام‌های سیانیدی ساده ایجاد می‌شود کدر هستندو باید در هنگام پوشش‌کاری برش‌کاری نمود. عملیات اجتناب‌ناپذیر جلاکاری علاوه بر اینکه قیمت را بالا می‌برد٬ سبب از بین رفتن فلز نقره نیز می‌شوند. در حال حاضر حمام‌های نقره حاوی مواد افزودنی مختلف سبب ایجاد لایه‌های براق به کار برده می‌شوند. این حمام‌ها معایب الکترولیت‌های ساده را ندارند.

آبکاری با طلا

طلا فلزی‌ است قیمتی (نجیب)٬ به رنگ زرد٬ در طبیعت به صورت خالص پیدا می‌شود. طلا در مقابل اتمسفر٬ آب٬ محلول‌های نمکی و اسیدها آسیب ناپذیر است. تنها تیزاب (یک حجم نیتریک و سه حجم اسید کلریدریک) یا اسید کلریدریک با داشتن اکسیدکننده‌ها طلا را حل می‌کند. برای بهتر نمودن خواص پوشش طلای ترسیب شده به طریق الکتروشیمیایی٬ به الکترولیت‌های طلا مواد شیمیایی کاملا مشخص افزوده می‌شود. پوشش‌های آلیاژی نقش مهمی در روکش طلای الکترولیتی دارند. همچنین می‌توان به طور مناسبی خواص ویژه روکش‌ها٬ مانند سختی٬ براق نمودن و رنگ را تحت تاثیر قرار داد.
طلاکاری با ضخامت کم (آبنوس‌کاری الکتریکی طلا) درزرگری به کار می‌رود. ایجاد لایه‌هایی با ضخامت نسبتا نازک به ضخامت در حدود 0.01 الی 0.1 میکرومتر فلز پایه را در مقابل کدر شدن مقاوم می‌کند. به علاوه رفته رفته لایه‌های ضخیم به ویژه در قطعات صنعتی به کار می‌برند٬ به عنوان مثال در صنعت الکترونیک برای ارتباطات در مدارهای چاپی٬ در صنایع فضایی٬ در ساختن وسایل سفره (کارد٬ قاشق و چنگال) و در صنعت شیمیایی به عنوان ضدخوردگی.

آبکاری با فلزات گروه پلاتین

به طو کلی پلاتین٬ پالادیوم٬ رودیوم٬ روتنیوم٬ اسمیوم و اریدیوم را فلزات گروه پلاتین می‌نامند. فلزات گروه پلاتین در صنعت مدرن رفته رفته اهمیت پیدا می‌کنند و از آنجایی که گرانبها هستند سعی می شود به جای استفاده از فلزات گروه پلاتین در صنعت پوشش کاری٬ از فلزات دیگر استفاده شود. از فلزات گروه پلاتین در صنعت تجهیزات آزمایشگاهی پیشرفته و مدرن٬ در صنعت الکتروتکنیک٬ در زرگری و در صنعت شیمیایی به عنوان کاتالیزور استفاده می‌کنند.

آبکاری اجسام غیر هادی

پوشش‌کاری مواد غیر هادی (مثلا : شیشه٬ موادمعدنی٬ نیمه‌هادیها٬ سرامیک٬ چرم٬ برگ درختان٬ چوب٬ پارچه و مواد پلاستیکی) به روش گالوانیک (الکترولیتی با استفاده از منبع جریان خارجی)٬ در صورتی که سطح آنها قبلا توسط یک روکش هادی جریان پوشیده شده باشد٬ ممکن خواهد شد. مشکلات فلز اندود نمودن غیر هادی‌ها٬ در ترسیب الکترولیتی نیست٬ بلکه در چسبندگی روکش فلزی است. غیرهادی ها بعد از یک آماده‌سازی کامل٬ آماده فلزاندود کردن هستند که بر روی آنها بتوان یک پوشش فلز با چسبندگی خوب افزود. در نتیجه فلزاندود نمودن مواد پلاستیکی٬ خواص جالب پلاستیک (برای مثال٬ وزن سبک٬ تغییر شکل آسان با کیفیت سطح استثنایی٬ ارزان قیمت بودن نسبت به فلز) با خواص روکش‌های فلزی حاصله از آبکاری با برق به دست می‌آید.

آبکاری

پوشاندن یک جسم با یک لایه نازک از یک فلز با کمک یک سلول الکترولیتی آبکاری نامیده می‌شود. جسمی که روکش فلزی روی آن ایجاد می‌شود باید رسانای جریان برق باشد. الکترولیت مورد استفاده برای آبکاری باید دارای یونهای آن فلزی باشد که قرار است لایه نازکی از آن روی جسم قرار بگیرند.

نگاه کلی

فرایند آبکاری معمولا″ با فلزات گرانبها چون طلا و نقره ‌و کروم جهت افزایش ارزش فلزات پایه مانند آهن ‌و مس ‌و غیره و همچنین ایجاد روکشی بسیار مناسب (در حدود میکرومتر) برای استفاده از خواص فلزات روکش کاربرد دارد. این خواص می‌تواند رسانایی الکتریکی و جلوگیری از خوردگی باشد. فعل و انفعال بین فلزها با واسطه‌های محیطی موجب تجزیه و پوسیدگی آنها می‌شود چون فلزها میل بازگشت به ترکیبات ثابت را دارند. پوسیدگی فلز ممکن است به صورت شیمیایی(توسط گازهای خشک و محلولهای روغنی گازوئیل و نفت و مانند اینها) و یا الکتروشیمیایی (توسط اسیدها و بازها و نمک‌ها) انجام پذیرد. طبیعت و میزان خوردگی به ویژگی‌های آن فلز٬ محیط و حرارت وابسته است. روشهای زیادی برای جلوگیری از خوردگی وجود دارد که یکی از آنها ایجاد روکشی مناسب برای فلزها می‌باشد و معمول‌ترین روشهای روکش فلزها عبارتنداز: رنگین کردن فلزات ٬ لعابکاری ٬ آبکاری با روکش پلاستیک٬ حفاظت کاتدیک‌ و آبکاری با فلزات دیگر.

اصول آبکاری

به طور کلی ترسیب فلز با استفاده از یک الکترولیت را می‌توان به صورت واکنش زیر نشان داد:

فلز <-------- (الکترون) z + کاتیون فلزی

 

ترسیب فلز با روشهای زیر انجام می‌شود:

آبکاری الکتریکی

در این روش ترسیب گالوانیک یک فلز بر پایه واکنشهای الکتروشیمیایی صورت می‌گیرد. هنگام الکترولیز در سطح محدود الکترود/الکترولیت در نتیجه واکنشهای الکتروشیمیایی الکترون‌ها یا دریافت می‌شوند (احیا) و یا واگذار می‌شوند (اکسیداسیون). برای اینکه واکنشها در جهت واحد مورد‌ نظر ادمه یابند لازم است به طور مداوم از منبع جریان خارجی استفاده شود. واکنشهای مشخص در آند و کاتد همچنین در الکترولیت همیشه به صورت همزمان صورت می‌گیرند. محلول الکترولیت باید شامل یونهای فلز رسوب‌کننده باشد و چون یونهای فلزها دارای بار مثبت می باشند به علت جذب بارهای مخالف تمایل به حرکت در جهت الکترود یا قطبی که دارای الکترون اضافی می‌باشد (قطب منفی یا کاتد) را دارند. قطب مخالف که کمبود الکترون دارد قطب مثبت یا آند نامیده می‌شود. به طور کلی سیکل معمول پوشش‌دهی را می‌توان به صورت زیر در نظر گرفت:
- یک اتم در آند یک یا چند الکترون از دست می‌دهد و در محلول پوشش‌دهی به صورت یون مثبت در می‌آید.
- یون مثبت به طرف کاتد یعنی محل تجمع الکترون‌ها جذب شده و در جهت آن حرکت می‌کند.
- این یون الکترون‌های از دست داده را در کاتد به دست آورده و پس از تبدیل به اتم به صورت جزیی از فلز رسوب می‌کند.

قوانین فارادی

قوانین فارادی که اساس آبکاری الکتریکی فلزها را تشکیل می‌دهند نسبت بین انرژی الکتریکی و مقدار عناصر جا به جا شده در الکترودها را نشان می‌دهند.

• قانون اول: مقدار موادی که بر روی یک الکترود ترسیب می‌شود مستقیما″ با مقدار الکتریسیته‌ای که از الکترولیت عبور می‌کند متناسب است.
• قانون دوم :مقدار مواد ترسیب شده با استفاده از الکترولیت‌های مختلف توسط مقدار الکتریسیته یکسان به صورت جرم‌هایی با اکی‌والان مساوی از آنهاست.

بر اساس این قوانین مشخص شده است که 96500 کولن الکتریسیته (یک کولن برابر است با جریان یک آمپر در یک ثانیه) لازم است تا یک اکی‌والان گرم از یک عنصر را رسوب دهد یا حل کند.

آبکاری بدون استفاده از منبع جریان خارجی

هنگام ترسیب فلز بدون استفاده از منبع جریان خارجی الکترون‌های لازم برای احیای یون‌های فلزی توسط واکنش‌‌های الکتروشیمیایی تامین می‌شوند. بر این اساس سه امکان وجود دارد:

• ترسیب فلز به روش تبادل بار (تغییر مکان‌) یا فرایند غوطه‌وری: اساس کلی این روش بر اصول جدول پتانسیل فلزها پایه‌ریزی شده است. فلزی که باید پوشیده شود باید پتانسیل آن بسیار ضعیف‌تر (فلز فعال) از پتانسیل فلز پوشنده (فلز نجیب) باشد. و فلزی که باید ترسیب شود باید در محلول به حالت یونی وجود داشته باشد. برای مثال به هنگام غوطه‌ور نمودن یک میله آهنی در یک محلول سولفات مس فلز آهن فعال است و الکترون واگذار می‌کند و به شکل یون آهن وارد محلول می‌شود. دو الکترون روی میله آهن باقی می‌ماند. یون مس دو الکترون را دریافت کرده احیا می‌شود و بین ترتیب مس روی میله آهن می‌چسبد. و هنگامی که فلز پایه که باید پوشیده شود (مثلا آهن) کاملا″ توسط فلز پوشنده (مثلا مس) پوشیده شود آهن دیگر نمی‌تواند وارد محلول شود و الکترون تشکیل نمی‌شود و در نتیجه عمل ترسیب خاتمه می‌یابد. موارد استعمال این روش در صنعت آبکاری عبارت است از: مس‌اندود نمودن فولاد٬ نقره‌کاری مس و برنج٬ جیوه‌کاری٬ حمام زنکات٬ روشهای مختلف کنترل و یا آزمایش٬ جمع‌آوری فلز از حمام‌های فلزات قیمتی غیر قابل استفاده (طلا) با استفاده از پودر روی.

• ترسیب فلز به روش اتصال: این روش عبارت است از ارتباط دادن فلز پایه با یک فلز اتصال. جسم اتصال نقش واگذارکننده الکترون را ایفا می‌کند. برای مثال هنگامی که یک میله آهنی (فلز پایه) همراه یک میله آلومینیومی٬ به عنوان جسم اتصال در داخل یک محلول سولفات مس فرو برده می‌شود٬ دو فلز آهن و آلومینیوم به جهت فعالتر بودن از مس٬ به صورت یون فلزی وارد محلول می‌شوند و روی آنها الکترون باقی می‌ماند و چون فشار انحلال آلومینیوم از آهن بیشتر است از این رو اختلاف پتانسیلی بین دو فلز ایجاد شده و الکترون‌ها در روی یک سیم رابط٬ از سوی آلومینیوم به طرف آهن جاری می‌شوند. بنابراین مشاهده می‌شود که مقدار زیادی از یونهای مس محلول روی آهن ترسیب می‌شوند. ضخامت قشر ایجاد شده نسبت به روش ساده تبادل بار بسیار ضخیم‌تر است. از روش اتصال برای پوشش‌کاری فلزات پیچیده استفاده می‌شود.

• روش احیا: ترسیب فلز با استفاده از محلولهای حاوی مواد احیا کننده٬ روش احیا نامیده می‌شود. یعنی دراین روش الکترونهای لازم برای احیای یونهای فلزات توسط یک احیا کننده فراهم می‌شود. پتانسیل احیا کننده‌ها باید از فلز پوشنده فعالتر باشند٬ اما بابد خاطر نشان ساخت که اختلاف پتانسیل به دلایل منحصرا″ کاربردی روکش‌ها٬ نباید بسیار زیاد باشد. برای مثال هیپوفسفیت سدیم یک احیا کننده برای ترسیب نیکل است ولی برای ترسیب مس که نجیب‌تر است٬ مناسب نیست. مزیت استفاده از این روش در این است که می‌توان لایه‌هایی با ضخامت دلخواه ایجاد نمود. زیرا اگر مقدار ماده احیا کننده در الکترولیت ثابت نگه داشته شود می‌توان واکنش ترسیب را کنترل نمود. به ویژه غیر هادی‌ها را نیز بعد از فعال نمودن آنها٬ می‌توان پوشش‌کاری کرد.

آماده سازی قطعات برای آبکاری

برای بدست آوردن یک سطح فلزی مناسب نخستین عملی است که با دقت باید صورت گیرد٬ زیرا چسبندگی خوب زمانی به وجود می‌آید که فلز پایه٬ سطحی کاملا تمیز و مناسب داشته باشد. بدین علت تمام لایه‌ها و یا قشرهای مزاحم دیگر از جمله کثافات٬ لکه‌های روغنی٬ لایه‌های اکسید٬ رسوبات کالامین که روی آهن در درجه‌های بالا ایجاد می‌شوند را از بین برد. عملیات آماده سازی عبارتند از:

• سمباده‌کاری و صیقل‌کاری: طی آن سطوح ناصاف را به سطوح صاف و یکنواخت تبدیل می‌کنند.
• چربی‌زدایی: طی آن چربی‌های روی سطح فلزات را می‌توان توسط عمل انحلال٬ پراکندگی٬ امولسیون٬ صابونی کردن و یا به روش تبادل بار از بین برد.
• پرداخت: انحلال شیمیایی قشرهای حاصل از خوردگی روی سطح فلزات را پرداخت کردن می‌نامند که اساسا″ به کمک اسیدهای رقیق و در بعضی موارد توسط بازها انجام می‌گیرد.
• آبکشی٬ خنثی‌سازی٬ آبکشی اسیدی٬ خشک کردن: خنثی‌سازی برای از بین بردن مقدار کم اسید یا مواد قلیایی که در خلل و فرج قطعه باقی می‌مانندو همچنین آبکشی اسیدی برای جلوگیری از امکان تشکیل قشر اکسید نازک غیر قابل رؤیت که موجب عدم چسبندگی لایه الکترولیتی می‌شود.

موقعیت های استفاده از نانوتکنولوژی صنایع آبکاری

در سالهای اخیر نانوتکنولوژی که همان علم و تکنولوژی کنترل و بکارگیری ماده در مقیاس نانومتر است٬ تحقیقات فزاینده و موقعیت‌های تجاری زیادی را در زمینه‌های مختلف ایجاد نموده است. یک جنبه خاص از نانوتکنولوژی به مواد دارای ساختار نانویی یعنی موادی با بلورهای بسیار ریز که اندازه آنها معمولا کمتر از 100 میکرومتر است می‌پردازد٬ که این مواد برای اولین بار حدود دو دهه قبل به عنوان فصل مشترکی معرفی شدند. این مواد نانوساختاری با سنتز الکتروشیمیایی تولید شده‌اند که دارای خواصی از قبیل٬ استحکام٬ نرمی‌ و سختی٬ مقاومت به سایش٬ ضریب اصطکاک٬ مقاومت الکتریکی٬ قابلیت انحلال هیدروژن و نفوذپذیری٬ مقاومت به خوردگی موضعی و ترک ناشی از خوردگی تنشی و پایداری دمایی را دارا هستند. دریچه‌های آبکاری الکتریکی برای سنتز این ساختارها با استفاده از تجهیزات و مواد شیمیایی مرسوم برای طیف گستره‌ای از فلزات خالص و آلیاژها گشوده شده است. یک روش مقرون به صرفه برای تولید محصولاتی با اشکال بسیار متفاوت از پوششهای نازک و ضخیم٬ فویلها و صفحه‌ها با اشکال غیر ثابت تا اشکال پیچیده شکل‌یافته با روشهای الکتریکی است. از این رو فرصتهای قابل توجهی برای صنعت آبکاری وجود دارد تا نقش تعیین‌کننده‌ای را در گسترش کاربردهای جدید نانوتکنولوژی ایفا نماید که این امر به آسانی با تکیه بر اصول قابل پیش‌بینی متالوژیکی که در سالیان گذشته مشخص شده قابل تحقق است.