محضر پر فيض حضرت امام صادق (ع) ، مجمع جويندگان علوم بود. با دانش پژوهي كه به محفل آن حضرت راه مييافت از خرمن لايزال دانش او بهره مند ميشد. در علم كيميا ايشان نخستين كسي بودند كه عقيده به عناصر چهارگانه (عناصر اربعه) آب ، آتش ، خاك و باد را متزلزل كردند. از فرموده‌هاي ايشان است كه : «من تعجب ميكنم مردي چون ارسطو چگونه متوجه نشده بود كه خاك يك عنصر نيست. بلكه عنصرهاي متعددي در آن وجود دارد.» ايشان هزار سال پيش از پرسينلي ، لاووازيه و ... دريافته بود كه در آب چيزي هست كه ميسوزد (كه امروزه آن را هيدروژن مينامند). 

از امام صادق (ع) ، رساله‌اي در علم كيميا تحت عنوان «رسالة في علم الصناعة و الحجر المكرم» باقيمانده كه دكتر «روسكا» آن را به زبان آلماني ترجمه و در سال 1924 آن را تحت عنوان «جعفر صادق امام شيعيان ، كيمياگر عربي» در «هايدبرگ» به چاپ رسانده است. به عنوان مثال و براي آشنايي با نظرات حضرت صادق (ع) در شيمي ، خلاصه‌اي از بررسي دكتر «محمد يحيي هاشمي» را در ذيل درج ميكنيم: 

از شرحي كه امام صادق (ع) براي اكسيد ميدهد، چنين معلوم ميشود كه اكسيد جسمي بوده كه از آن براي رفع ناخالصي در فلزات استفاده شده است. ايشان تهيه اكسيد اصغر (اكسيد زرد) را از خود و آهن و خاكستر به كمك حرارت و با وسايل آزمايشگاهي آن دوره ، مفصلا شرح داده و نتيجه عمل را كه جسمي زرد رنگ است، اكسيد زرد نام نهاده‌اند. اين شرح كاملا با فروسيانيد پتاسيم كه جسمي است زرد رنگ به فرمول Fe(CN)6] K4] منطبق است و ... . نتيجه عمل بعد از طي مراحلي ايجاد و تهيه طلاي خالص است. امروزه نيز از همين خاصيت سيانور مضاعف طلا و پتاس براي آبكاري با طلا استفاده ميشود. 

یک شرکت آمریکایی دستگاهی ساخته است که می‌توان با استفاده از آن موادی با ضریب حرارتی مختلف را به یکدیگر متصل کرد. این دستگاه میان دو ماده پیوند کووالانسی ایجاد می‌کند. از این دستگاه در حوزه تولید ادوات مختلف نظییر MEMS فناوری نانو و نیمه‌هادی می‌توان استفاده کرد. این دستگاه در سال 2013 به بازار عرضه خواهد شد.

 

گروه ای وی جی یکی از بزرگترین تولید کنندگان ویفر و تجهیزات لیتوگرافی در جهان است از این تجهیزات در تولید MEMS، ادوات مربوط به فناوری نانو و نیمه‌هادی استفاده می‌شود. اخیرا این شرکت اعلام کرده که موفق به تولید تجهیزات جدیدی شده است که با استفاده از آن می‌توان در دمای اتاق پیوندهای کووالانسی در ویفرها ایجاد کرد.

 

 این فناوری جدید به زودی به تحت عنوان EVG580®ComBond به بازار عرضه می‌شود. این سیستم جدید مجهز به ماژول‌هایی است که برای پردازش سطوح نیمه‌هادی‌ها و فلزات طراحی شده است این شرکت بر اساس تجارب کسب کرده در طول سال‌های گذشته موفق به ساخت این دستگاه شده است. این شرکت پیش از این فعالیت‌هایی در امر سیستم‌های اتصال ویفر با استفاده از پلاسما داشته است، در این سیستم‌ جدید فرآیند از طریق پردازش و عملیات سطحی انجام شده و اتصال مستحکمی در دمای اتاق ایجاد می‌شود برای ایجاد این اتصال نیاز به فرآیند عملیات حرارتی نیست.

 

مارکوس ویمپلینگر قائم مقام مدیریت شرکت ای وی جی می‌گوید این فناوری در پاسخ به نیاز بازار ارائه شده است مدت‌هاست که بازار نیازمند یک پردازشگر مجتمع پیشرفته برای ترکیب مواد با ضریب حرارتی متفاوت است. با استفاده از این دستگاه می‌توان میان مواد مختلف در دمای اتاق پیوند کووالانسی ایجاد کرد. تجربیات ما در حوزه‌های مختلف موجب خواهد شد تا ما بتوانیم بر اساس نیاز بخش‌های مختلف صنعت امکان ترکیب مواد متفاوت با یکدیگر را فراهم کنیم.

 

این محصول جدید شرکت ای وی جی امکان ترکیب مواد نیمه‌هادی را با پیوند کووالانسی فراهم کرده است، همچنین موادی از صنایع مختلف نظیر بخش‌های تولید ترانزیستور‌های سرعت بالا، فوتونیک سیلیکونی، ادوات منطقی کم‌مصرف و عملکرد بالا و همچنین ادوات RF جدید را نیز می‌توان با این دستگاه جدید ترکیب کرد.

 

از این فناوری جدید می‌توان در تولید ادوات MEMS و CMOS استفاده کرد. بر طبق اظهارات مدیران این شرکت، این سیستم در سال 2013 به بازار عرضه خواهد شد.

   

  

 

 

در انتهای قرن نوزدهم میلادی، مدلی از اتم که مورد قبول همه باشد در دسترس نبود. بیشتر فیزیکدانان بر این باور بودند که اتم غیرقابل مشاهده است، گرچه کشف فعالیت رادیواکتیو شک‌هایی را در ذهن برخی فیزیکدانان برانگیخته بود.

در همین زمان، عموم بر این باور بودند که بار الکتریکی مانند جرم، بطور نامحدود قابل تقسیم است.

برای توضیح رابطه بین الکتریسیته و ماده، برخی دانشمندان در اواخر قرن نوزدهم هجری این ایده را مطرح کردند که باید یک واحد بنیادین الکتریسیته وجود داشته باشد. در ١٨٩١ فیزیکدان ایرلندی، جورج استونی واژه الکترون را برای توصیف کوچکترین واحد بار منفی ابداع کرد.

در سال ١٨٩٧ فیزیکدان انگلیسی جورج تامسون، آزمایشاتی را بر روی اشعه کاتودی انجام داد. او مشاهده کرد که اشعه کاتدی بسوی بار مثبت جذب و از بار منفی دور می‌شود. او نتیجه گرفت که اشعه کاتودی از جریانی از ذرات کوچک با بار منفی تشکیل شده که جرمی هزاران بار کمتر از یک اتم هیدروژن دارند. بدین ترتیب تامسون موفق به کشف الکترون شده بود. از این زمان به بعد این حقیقت پذیرفته شد که اتمها ذرات بنیادی نیستند، بلکه خود از ذرات کوچکتری تشکیل شده‌اند.

تامسون به واسطه آزمایشات خود توانست نسبت بار الکترون به جرم آنرا اندازه‌گیری کند. لیکن نتوانست بار یا جرم این ذره را بطور مجزا اندازه‌گیری نماید. این مهم توسط رابرت میلیکان و آزمایش معروف او به انجام رسید.

رابرت میلیکان در سال ١٩٠٩ آزمایش معروف خود را برای اندازه‌گیری بار الکتریکی الکترون، با همکاری هاروی فلچر به انجام رسانید. آنها این عمل را با موازنه دقیق نیروهای گرانشی و الکتریکی وارده بر ذرات ریز روغن که در بین الکترودهای فلزی شناور بودند، به انجام رساندند. با تکرار این آزمایش بر روی تعداد زیادی از قطرات روغن، آنها به این نتیجه رسیدند که مقدار بدست آمده برای بار الکتریکی روی ذرات روغن، مضربی از یک عدد ثابت است. آنها این مقدار ثابت را برابر بار یک الکترون در نظر گرفتند که معادل 1.602 × 10⁻¹⁹ کولن می‌باشد.

این مقدار که بار پایه خوانده می‌شود، اکنون یکی از ثابت‌های مهم فیزیکی است و دانستن دقیق آن از اهمیت زیادی برای علوم برخوردار است.

میلیکان کار خود را بر روی فیزیک ذره‌ای هنگامی آغاز کرد که به استادی در دانشگاه شیکاگوی امریکا اشتغال داشت. او همکاری موثری با فلچر داشت و آن دو در سال ١٩٠٩ آزمایش معروف خود را به انجام رساندند. از آن زمان تاکنون این آزمایش توسط چندین نسل از دانشجویان فیزیک با درجات متفاوتی از دقت انجام شده است. تا سال ١٩١٣ که میلیکان نتایج اولیه آزمایش را منتشر ساخت، بطور پیوسته به تصحیح روش آزمایش مشغول بود.

میلیکان در آزمایش خود، نیروی وارد بر قطرات ریز باردار روغن را که بین دو الکترود فلزی معلق بودند، اندازه گرفت. با دانستن شدت میدان الکتریکی، بار هر قطره قابل اندازه‌گیری بود. با تکرار آزمایش بر روی تعداد زیادی قطرات روغن، میلیکان نشان داد که اعداد بدست آمده مضارب صحیحی از یک مقدار مشترک هستند که می‌تواند بار یک الکترون در نظر گرفته شود. مقدار اولیه‌ای که او بدست آورد، معادل 1.592 × 10⁻¹⁹ کولن بود.

در عصر میلیکان این موضوع ثابت شده بود که چیزهایی به نام ذرات زیراتمی وجود دارند، لیکن تصوری از این ذرات وجود نداشت. تامسون با آزمایش‌هایی که بر روی اشعه کاتودی در ١٨٩٧ انجام داده بود، نشان داد که ذراتی با بار منفی وجود دارند که بیش از ١٠٠٠ برابر سبک تر از اتم هیدروژن می‌باشند. جورج فیتزجرالد و والتر کافمن نیز به نتایج مشابهی رسیده بودند. لیکن بیشتر دانشی که در مورد الکتریسیته و مغناطیس موجود بود، برپایه این موضوع توضیح داده می‌شد که بار الکتریکی یک متغیر پیوسته است که می‌توان مانند نور، آنرا به شکل یک موج پیوسته (بجای رشته‌ای از فوتون‌ها) در نظر گرفت.

زیبایی آزمایش قطره روغن در این بود که امکان تعیین دقیق بار الکتریکی بنیادی را می‌داد. همچنین معلوم می‌کرد که بار الکتریکی ماهیت ذره‌ای و غیرپیوسته دارد. آزمایش او باعث شد مخترع مشهوری چون توماس ادیسون تصور خود در مورد ماهیت الکتریسیته را اصلاح کند.

یکی از انتقاداتی که به آزمایش میلیکان می‌شود، این است که میلیکان تعمدا بسیاری از داده‌ها را حذف کرده است تا فقط آنهایی که مضرب صحیح بار مبنا هستند را برگزیند. لیکن بیشتر دانشمندان ایرادی در این مطلب نمی‌بینند و آنرا به بروز خطاهای آماری در آزمایشات منتسب می‌کنند. میلیکان برای آزمایشات خود خطای ٢ درصد را گزارش کرده است. اگر مقدار خطا بیشتر از این بود، نتایج او مورد قبول جامعه علمی قرار نمی‌گرفت.

در سال ١٩٢٣ میلیکان جایزه نوبل در فیزیک را بواسطه این آزمایش و تحقیقات دیگری که انجام داده بود، از آن خود کرد. گرچه از آن پس این آزمایش بارها تکرار شده است، لیکن انجام دقیق آن نیاز به تجهیزات گرانقیمت داشته و به دشواری نیز صورت می‌گیرد.

 

با سلام خدمت عزیزان.......... 

 

ببخشید این چند سال مطالب جدید نذاشتم از الان سعی میکنم مطالب درسی و جزوات دانشگاهی رو براتون بذارم 

نام وی محمد و نام پدرش زکریا و کنیه‌اش ابوبکر است. مورخان شرقی در کتاب‌هایشان او را محمد بن زکریای رازی خوانده‌اند، اما اروپائیان و مورخان غربی از او به نام‌های رازس Rhazes و رازی Al-Razi در کتاب‌های خود یاد کرده‌اند. به گفته ابوریحان بیرونی وی در شعبان سال ۲۵۱ هجری (۸۶۵ میلادی) در ری متولد شده و دوران کودکی و نوجوانی‌ و جوانی‌اش دراین شهر گذشت. چنین شهرت دارد که در جوانی عود می‌نواخته و گاهی شعر می‌سروده ‌است. بعدها به کار زرگری مشغول شد و پس از آن به کیمیاگری روی آورد، وی در سنین بالا علم طب را آموخت. بیرونی معتقد است او در ابتدا به کیمیا اشتغال داشته و پس از آن‌که در این راه چشمش در اثر کار زیاد با مواد تند و تیز بو آسیب دید، برای درمان چشم به پزشکی روی آورد. . در کتاب‌های مورخان اسلامی آمده‌است که رازی طب را در بیمارستان بغداد آموخته‌است، در آن زمان بغداد مرکز بزرگ علمی دوران و جانشین دانشگاه جندی شاپور بوده‌است و رازی برای آموختن علم به بغداد سفر کرد و مدتی نامعلوم در آن‌جا اقامت گزید و به تحصیل علم پرداخت و سپس ریاست بیمارستان معتضدی را برعهده گرفت. پس از مرگ معتضد خلیفه عباسی به ری بازگشت و عهده‌دار ریاست بیمارستان ری شد و تا پایان عمر در این شهر به درمان بیماران مشغول بود. رازی در آخر عمرش نابینا شد، درباره علت نابینا شدن او روایت‌های مختلفی وجود دارد، بیرونی سبب کوری رازی را کار مداوم با مواد شیمیایی چون بخار جیوه می‌داند.

رازی از تفکرات فلسفی رایج عصر خود که فلسفه ارسطویی‌- افلاطونی بود، پیروی نمی‌کرد و عقاید خاص خود را داشت که در نتیجه مورد بدگویی اهل فلسفه هم‌ عصر و پس از خود قرار گرفت. هم‌چنین عقایدی که درباره ادیان ابراز داشت سبب شد موجب تکفیر اهل مذهب واقع شود و از این‌ رو بیشتر آثار وی در این زمینه از بین رفته‌است. رازی را می‌توان برجسته‌ترین چهره خردگرایی و تجربه‌گرایی در فرهنگ ایرانی‌ و اسلامی‌ نامید. وی در فلسفه به سقراط و افلاطون متمایل بود و تأثیراتی از افکار هندی و مانوی در فلسفه وی به چشم می‌خورد. با این وجود هرگز تسلیم افکار مشاهیر نمی‌شد بلکه اطلاعاتی را که از پیشینیان بدست آورده بود مورد مشاهده و تجربه قرار می‌داد و سپس نظر و قضاوت خود را بیان می‌دارد و این را حق خود می‌داند که نظرات دیگران را تغییر دهد و یا تکمیل کند. از آراء رازی اطلاع دقیقی در دست نیست جز در مواردی که در نوشته‌های مخالفان آمده‌است. در نظر رازی جهان جایگاه شر و رنج است اما تنها راه نجات، عقل و فلسفه‌است و روان‌ها از تیرگی این عالم پاک نمی‌شود و نفس‌ها از این رنج رها نمی‌شوند مگر از طریق فلسفه... در فلسفه اخلاق رازی مساله لذت و رنج اهمیت زیادی دارد. از دید وی لذت امری وجودی نیست، یعنی راحتی از رنج است و رنج یعنی خروج از حالت طبیعی به‌ وسیله امری اثرگذار و اگر امری ضد آن تأثیر کند و سبب خلاص شدن از رنج و بازگشت به حالت طبیعی شود، ایجاد لذت می‌کند. رازی فلسفه را چنین‌ تعریف می‌کند که چون «فلسفه تشبه به خداوند عزوجل است به قدر طاقت انسانی» و چون آفریدگار بزرگ در نهایت علم و عدل و رحمت است پس نزدیکترین کسان به خالق، داناترین و عادل‌ترین و رحیم‌ترین ایشان است. رازی با وجود آن‌که به خدا و ماوراء الطبیعه اعتقاد داشت، نبوت و وحی را نفی می‌کرد و ضرورت آن را نمی‌پذیرفت و در دو کتاب «فی‌النبوات‌» و «فی حیل المتنبین» به نفی نبوت پرداخته ‌است. «از تعلیمات او این بود که همه آدمیان سهمی از خرد دارند که بتوانند نظرهای صحیح درباره مطالب عملی و نظری به‌دست آورند، آدمیان برای هدایت شدن به رهبران دینی نیاز ندارند، در حقیقت دین زیان ‌آور است و مسبب کینه و جنگ. نسبت به همه مقامات همه سرزمین‌ها شک داشت.» این تفکرات رازی موجب خشم علمای اسلامی بر علیه او شد و او را ملحد و نادان و غافل خواندند و آثار او را رد کردند.

مورخان طب و فلسفه در قدیم به تفاریق استادان رازی را سه تن یاد کرده‌اند:

ابن ربن طبری: زکریا در طب شاگرد وی بوده است. ابوزیذ بلخی: حکیم زکریای رازی در فلسفه شاگرد وی بوده است. ابوالعباس محمد بن نیشابوری: استاد محمد بن زکریا رازی در حکمت مادی (ماترلیسیم) یا گیتی‌شناسی بوده است.

رازی، پزشک و طبیعت شناس بزرگ ایرانی را پدر شیمی یاد کرده‌اند، از آن رو که دانش کیمیایی کهن را به علم شیمی نوین دگرگون ساخت. ابن ندیم از قول رازی گفته است: «روا نباشد که دانش فلسفه را درست دانست و مرد دانشمند را فیلسوف شمرد، اگر دانش کیمیا در وی درست نباشد و آن را نداند.»

رازی مکتب جدیدی در علم کیمیا تأسیس کرده که آن را می‌توان مکتب کیمیای تجربی و علمی نامید. ژولیوس روسکا دانشمند برجسته‌ای که در شناسایی کیمیا (شیمی) رازی به دنیای علم بیشتر سهم و جهد مبذول داشته، رازی را پدر شیمی علمی و بانی مکتب جدیدی در علم دانسته، شایان توجه و اهمیت است که قبلا این لقب را به دانشمند بلند پایه فرانسوی لاوازیه داده بودند. به هر حال آنچه مسلم است تأثیر فرهنگ ایرانی دوران ساسانی در پیشرفت علوم دوران اسلامی و از جمله کیمیاست که در نتیجه موجب پیشرفت علم شیمی امروزه شده است.

در فرآیند دانش کیمیا به علم شیمی توسط رازی، نکته‌ای که از نظر محققان و مورخان علم، ثابت گشته، نگرش «ذره یابی» یا اتمسیتی رازی است. کیمیاگران، قائل به تبدیل عناصر به یکدیگر بوده‌اند و این نگرش موافق با نظریه ارسطویی است که عناصر را تغییرپذیر یعنی قابل تبدیل به یکدیگر می‌داند. لیکن از نظر ذره گرایان عناصر غیر قابل تبدیل به یکدیگرند و نظر رازی هم مبتنی بر تبدیل ناپذیری آنهاست و همین علت کلی در روند تحول کیمیایی کهن به شیمی نوین بوده است. به تعبیر تاریخی زکریا، «کیمیا» ارسطویی بوده است و «شیمی» دموکریتی است. به عبارت دیگر، شیمی علمی رازی، مرهون نگرش ذره‌گرایی است، چنانچه همین نظریه را بیرونی در علم «فیزیک» به کار بست و بسط داد.

در اروپا فرضیه اتمی را «دانیل سرت» در سال 1619 از فلاسفه یونانی گرفت که بعدها «روبرت بویل» آن را در نظریه خود راجع به عنصرها گنجاند. با آنکه نظریه بویل با دیدگاه‌های کیمیاگران قدیم تفاوت آشکار دارد نباید گذشت که از زمان فیلسوفان کهن تا زمان او، تنها رازی قائل به اتمی بودن ماده و بقاء و قدمت آن بوده است و با آن که نظریه رازی با مال بویل و یا نگرش نوین تفاوت دارد، لیکن به نظریات دانشمندان شیمی و فیزیک امروزی نزدیک است.

در شیمی رازی توانست مواد شیمیایی چندی از جمله الکل و اسید سولفوریک (زیت الزاج) و جز این ها را کشف کند. رازی در علوم طبیعی و از جمله فیزیک تبحر داشته است. ابوریحان بیرونی و عمر خیام نیشابوری، بررسی‌ها و پژوهش‌های خود را از جمله در چگال ‌سنجی زر و سیم مرهون دانش «رازی» هستند. رازی در علوم فیزیولوژی و کالبدشکافی، جانورشناسی، گیاه شناسی، کانی‌شناسی، زمین شناسی، هواشناسی و نورشناسی دست داشته است.

«اگر همه می‌توانستند از استعدادهای خود درست بهره بگیرند، دنیا همان بهشت موعود می‌شد که همه می‌خواهند.»  رازی

کتاب «محمد زکریای رازی»  نوشته ی محمود نجم آبادی

کتاب «حکیم رازی»  نوشته ی پرویز اذکائی

 اینکه آیا گوگرد محصولی جانبی است یا محصولی حاصل از ضایعات تصفیه روغن و احتراق زغال سنگ بستگی به این دارد که چگونه از آن بهره می برید. بیش از این از گوگرد برای تولید اسید سولفوریک، کود شیمیایی و مواد شیمیایی دیگر استفاده کردند اما بعضی پسماندهایی باقی می گذارند و ذخیره هایی تجمع می دهند که برای نگهداری گران هستند (به علت نیاز به رواناب خنثی). محققان در دانشگاه آریزونا تصور می کنند که از گوگرد می تواند روزی با قرار دادن در فرآیند شیمیایی جدید استفاده کنند و از گوگرد بهره برند تا پلیمرهایی را بسازند. این ماده جدید می توانست منتهی به تولید جدید باطری های سبک تر و لیتیوم سولفوری کاراتر شوند. جارد گریبل نویسنده مشترک مقاله محاسبه کرده است که هر ۱۹ گالن گازوییل نیم پوند (۲۳۰ گرم) گوگرد به عنوان ضایعات باقی می گذارد. ۶۰ میلیون تن گوگرد سالیانه تولید می شود که ۷ میلیون تن آن مازاد بر نیاز است.

 

آگاهی از اینکه این همه گوگرد بلا استفاده مانده توسط محقق پیشرو شیمیدان جفری پیون مورد بررسی قرار گرفته اند و البته خود سرمایه گذاری در این زمینه درباره چگونگی  حمل و نقل ضایعات مسئله ای (اصطلاح ضایعات سولفوری) مهم است و ممکن است برای ساختن باطری لیتیوم سولفوری جدید استفاده شوند. رویکرد جدید استفاده از سولفور مایع است تا پلیمر قالبی بسازند که استفاده ای برای این باشد البته گوگرد معمولا به علت عدم تمایل آنها برای ایجاد زنجیره های پلیمری مناسب نیستند.

 

محققان بیشتر از ۲۰ ماده شیمیایی را شناسایی کرده بودند که پنداشته می شود احتمالا گوگرد را پلیمریزه کنند و حدودا یکی بعد از دیگری با حل کردن آنها در مایع گوگردی مورد آزمایش قرار گرفتند. اولین ماده ای که مورد آزمایش قرار گرفت دی وینیلیک استایرنیک کومونومر هاست که مناسب بود. فقط میزان نسبی کمی از ماده شیمیایی افزوده شده نیاز است تا استفاده شوند که منجر به این شده است که محققان این فرآیند را ولکانیزاسیون برعکس بنامند (چون ولکانیزاسیون درگیر افزودن میزان کمی سولفور به لاستیک برای دوام پذیری است). یادداشت لیتوگرافی برای ایجاد فیلم هایی از ماده استفاده شوند.

 

محققان گزارش کردند که پلیمر گوگردی نمایش داده شده دارای خاصیت های الکتروشیمیایی قابل مقایسه ای با گوگرد عنصری است با ظرفیت ویژه ۸۲۳ mAh/g بعد از ۱۰۰ سیکل شارژ اما با مزایای اضافی که فورا قابل حل و قابل ذوب هستند (برخلاف عنصر گوگرد). ظرفیت ویژه ثبت شده تصور می شود بالاترین ماده هنوز برای ماده پلیمری است.

 

گرچه امکان فوری در افزایش کارکرد باطری لیتیومی گوگردی نیست امیدوار است که این توسعه می توانست منجر به دسته جدیدی از کاربردهای باطری در آینده شود.

 

تحقیقات تیم در مجله Nature Chemistry در ۱۴ آوریل ۲۰۱۳ منتشر شده است.

 ذخایر بسیار غنی گاز طبیعی، به‌ خصوص منطقه پارس جنوبی درخلیج فارس، یکی از بزرگترین منابع ‏گازی  جهان را در اختیار دارد. نزدیکی به بازارهای جهانی بویژه کشورهای جنوب آسیا و اروپا، ایران را به یکی از امنترین و ‏اقتصادی‌ترین کشورهای صاحب گاز طبیعی تبدیل کرده است که نقش انکارناپذیری در منطقه خاورمیانه دارد‎.‎‏ فناوری تولید ‏متانول از گاز سنتز، فرآیندی شناخته شده است که چندین دهه مورد مطالعه قرار گرفته است. لکن در فرایند سنتز متانول به‌دلیل ‏ماهیت برگشت‌پذیر واکنش تولید این ماده، دستیابی به حداکثر میزان تبدیل گاز سنتز در یک بار گذر از راکتور محدود است. ‏تبدیل همزمان متانول به سایر مواد شیمیایی از قبیل اولفین‌ها، دی‌متیل اتر و... می‌تواند راه حل مناسبی برای کاهش محدودیت ‏تعادلی واکنش سنتز متانول باشد.‏

 

رضا خوشبین، دانشجوی دکتری مهندسی شیمی دانشگاه تربیت مدرس، در مورد هدف این تحقیقات ‏توضیح داد: «دی متیل اتر یکی از مهمترین محصولات تبدیل شیمیایی گاز طبیعی است که تهیه آن به روش اقتصادی لازم و ‏ضروری به نظر می‌رسد. لذا با توجه به ارزش افزوده بالای این محصول و نیز کاربردهای وسیع ‏DME، این طرح با هدف ‏بومی‌سازی دانش فنی تولید کاتالیست‌های دو عاملی فرایند تبدیل مستقیم گاز سنتز به دی متیل اتر انجام شد.»‏

 

در حال حاضر دی متیل اتر (‏DME‏) به‌صورت تجاری از طریق واکنش آبگیری ازمتانول و با استفاده از کاتالیست‌های ‏اسیدی تولید می‌شود. در روش نوین، این ماده از گاز سنتز و در یک راکتور منفرد بر روی کاتالیست‌های دو عاملی تولید می‌شود‎.‎‏ ‏فرایند تبدیل مستقیم گاز سنتز به ‏DME‏ (STD‏)، علاوه‌بر کاهش هزینه‌های تولید این ماده، موجب حذف محدودیت‌های ‏تعادلی ناشی از واکنش تولید متانول و در نتیجه افزایش میزان تولید این ماده نسبت به روش غیر مستقیم خواهد شد. لذا این ‏طرح به منظور دستیابی به کاتالیست بهینه قابل استفاده در این فرایند تعریف و انجام شد.‏

 

خوش بین در توضیحات تکمیلی نحوه انجام این تحقیقات افزود: ‏‏«در این تحقیق، ابتدا با استفاده از نتایج حاصل از مطالعات کتابخانه‌ای، در ساختار کاتالیست دو عاملی از ترکیب ‏Cuo-ZnO-‎Al2O3‎‏ به عنوان عامل متانول ساز و زئولیت ‏HZSM-5‎‏ به عنوان عامل آبگیری استفاده شد. در گام دوم عملکرد کاتالیست‌های ‏سنتز شده به روش‌های متداول از قبیل تلقیح، رسوبی و اختلاط فیزیکی، با نتایج حاصل از به‌کار‌گیری تکنیک امواج ماوراء ‏صوت مقایسه شد. در ادامه، عوامل مؤثر در بهبود عملکرد کاتالیست سنتز شده به روش اولتراسوند از قبیل تأثیرتأثیر ترکیب ‏کاتالیست و نسبت عامل متانول ساز به عامل اسیدی مورد بررسی قرار گرفته و با انجام آنالیزهایی از قبیل بررسی مساحت ‏سطح، ساختار بلوری، مورفولوژی، قابلیت احیا شدن، قدرت اسیدی، گروه‌های عاملی و باندهای شیمیایی کاتالیست بهینه‌شناسایی ‏شد. در همین حین کار ساخت راکتور کاتاتست فشار بالا به منظور ارزیابی عملکرد راکتوری کاتالیست‌ها به‌وسیله‌ی همکاران ‏مرکز تحقیقات راکتور و کاتالیست پیگیری و تکمیل شد و عملکرد راکتوری کاتالیست‌های سنتز شده مورد تجزیه و تحلیل قرار ‏گرفت.»‏

 

نتایج نشان داد که روش تولید کاتالیست‌ها تأثیر بسزایی بر خواص فیزیکی و شیمیایی کاتالیست‌ها از جمله میزان ‏بلورینگی نسبی، سطح ویژه و مورفولوژی خواهد داشت. از دیگر نکات قابل توجه می‌توان به عدم تخریب ساختار زئولیت ‏HZSM-5‎‏ در حین سنتز تمامی کاتالیست‌ها و حصول فازهای مطلوب ‏CuO‏ و ‏ZnO‏ اشاره نمود. علاوه‌بر این، بررسی ‏مورفولوژی کاتالیست‌ها نشان می‌دهد که روش‌های تلقیح و همرسوبی-اختلاط فیزیکی، توزیع نامناسبی از عامل متانول‌ساز را بر ‏روی عامل آبگیری ایجاد می‌نمایند. در حالی که در روش همرسوبی-ماوراء صوت توزیع بسیار خوب و با ابعاد نانومتری قابل ‏مشاهده است. در صورت استفاده از روش همرسوبی- امواج ماوراء صوت توزیع اندازه ذرات کاتالیست متانول‌ساز بر روی ‏ HZSM-5‎ بسیار مناسب خواهد بود به‌گونه‌ای که متوسط اندازه ذرات 47.86 نانومتر بوده و بیش از 95 درصد ذرات ابعاد کمتر از ‏‏100 نانومتر خواهند داشت. نتایج حاصل از مرحله تست راکتوری کاتالیست‌های تولید شده نشان دهنده کارایی به مراتب بهتر ‏روش همرسوبی-ماوراء صوت نسبت به روش‌های تلقیح و اختلاط فیزیکی است.‏

 

وی در مورد کاربردهای نتایج این تحقیقات افزود: «در حال حاضر ‏DME‏ به‌صورت تجاری از طریق فرآیند آبگیری از ‏متانول و با استفاده از کاتالیست‌های اسیدی تولید می‌شود. در روش نوین، این ماده از گاز سنتز و در یک راکتور منفرد و ‏به ‌وسیله‌ی کاتالیست‌های دوعاملی تولید می‌شود‎.‎‏ فرآیند تولید یک مرحله‌ای دی متیل اتر، علاوه‌بر کاهش 33 درصدی هزینه‏‌های تولید این ماده، موجب افزایش میزان تولید این ماده نسبت به روش غیر مستقیم خواهد شد. اغلب روش‌هایی که به منظور ‏ارتقای فعالیت کاتالیست مورد استفاده قرار می‌گیرند، دارای پیچیدگی‌های زیادی هستند که این امر موجب دشواری افزایش ‏مقیاس شده و منجر به افزایش هزینه تولید کاتالیست خواهد شد. این پژوهش از آن جهت حائز اهمیت است که در کنار بهبود ‏فعالیت کاتالیست، افزایش مقیاس نیز به سادگی قابل انجام است. از اینرو به کمک این طرح علاوه‌بر کاهش ذاتی هزینه ‏تجهیزات مورد استفاده در فرایند تولید تک مرحله‌ای ‏DME، هزینه تولید کاتالیست‌های ارتقا یافته این فرایند نیز کاسته می‌شود.»‏

 

به گفته خوش بین، اختراعی تحت عنوان «سنتزنانوکاتالیست CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5‎ با استفاده از روش هیبریدی ‏همرسوبی-ماوراء صوت جهت استفاده در فرایند تولید یک مرحله‌ای دی متیل اتر» در اداره ثبت اختراعات ثبت شده و اقداماتی ‏نیز به منظور اخذ تأییدیه علمی صورت گرفته است. وی افزود: «در ادامه این طرح، به منظور کاهش هزینه تولید کاتالیست، ‏پتانسیل استفاده از زئولیت‌های طبیعی به عنوان عامل آبگیری از متانول مورد بررسی قرار گرفت و نتایج حاصل از آن در نشریات ‏معتبر بین‌المللی چاپ شدند. علاوه‌بر این، تلاش‌هایی در جهت بکارگیری روش احتراقی در سنتز این ترکیب صورت گرفته که نتایج ‏حاصل از آن در حال بررسی و تجزیه و تحلیل است. در حال حاضر نیز پژوهش‌هایی در مرکز تحقیقات راکتور و کاتالیست ‏دانشگاه صنعتی سهند در رابطه با به‌کار‌گیری میکرو راکتورها در فرایند تولید یک مرحله‌ای ‏DME‏ در حال انجام است.»‏

 

تازه‌ترین نتایج این کار تحقیقاتی که به دست رضا خوشبین و دکتر محمد حقیقی، مدیر مرکز تحققات راکتور و کاتالیست ‏و عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه صنعتی سهند تبریز، صورت گرفته است، درمجله

)Chemical Engineering Research and Design  جلد 91، شماره 6، ژوئن سال 2013) منتشر شده است. علاقمندان ‏می‌توانند متن کامل مقاله را در صفحات 1111 الی 1122 همین شماره مشاهده نمایند.‏

او كميتي به نام انرژي آزاد عنوان كرد كه بيانگر انجام يا عدم انجام واكنش است. انرژي آزاد گيبس نوعي تابع حالت است كه با نماد نشان داده مي شود. بنابراين دلتا G يا dG معرف تغيير انرژي آزاد گيبس است. انرژي آزاد گيبس بر حسب آنتالپي و آنتروپي در معادله هاي زير تعريف مي شود: G=H-TS dG=dH-TdS در اين معادله ها T معرف دما بر حسب كلوين مي باشد. با تئوري و آزمايش مي توان نشان داد كه در يك تغيير خودبخود، dG همواره منفي است. اگر dG<0 باشد، واكنش انرژي ده مي شود و اگر dG>0 باشد، واكنش انرژي گير مي شود. اگر واكنش در دماهاي پايين صورت بگيرد و شاملل تغيير اندك در آنتروپي باشد، جمله ي TdS قابل اغماض خواهد بود. در اين گونه واكنشها، dG تا حد زيادي تابع dH خواهد بود. بنابراين، اغلب واكنشهايي كه در دماي اتاق ، خودبخود انجام مي شوند، داراي dH منفي هستند. واكنشهايي كه به شدت گرماگير هستند، فقط زماني انجام پذيرند كه TdS بزرگ باشد. يعني هم دما بالا باشد و هم آنتروپي به ميزان زيادي افزايش يابد. به عنوان مثال در واكنش گرماگير كربن با بخار آب، هر دو شرط برقرار است: dS مثبت است، چون آرايش منظم كربن جامد به آرايش نامنظم CO گازي شكل تبديل مي شود. T بالاست، چون واكنش فقط در شرايط زغال افروخته (600 تا 900 درجه سانتيگراد يا بيشتر) انجام مي گيرد. چنانچه دما كاهش يابد، واكنش متوقف مي شود و جهت عكس را به خود مي گيرد. 

چنانچه dH , dS هر دو علامت يكسان داشته باشند، در دمايي معين، dH و TdS از نظر عدد مساوي مي شوند و dG سيستم كاملا" صفر مي شود. اين حالت، تعريف ترموديناميكي يك سيستم در شرايط تعادل است. در حال تعادل، مقدار انرژي آزاد G به كمترين مقدار خود براي سيستم مي رسد. به طور خلاصه چنانچه dG يك واكنش معين منفي باشد، واكنش خودبخود انجام پذي است و هرگاه dG مثبت باشد، واكنش خودبخود انجام پذير نيست. اگر dG صفر باشد، واكنش در حال تعادل است. اين معيارها همانگونه كه در معادله ي انرژي آزاد گيبس ديده مي شود، مبتني بر تغييرات آنتالپي و آنتروپي واكنشهاست. تغييرات در طبيعت به سمت انرژي كمتر (مقادير منفي زياد براي dH) و بي نظمي زياد (مقادير مثبت زياد براي dS) گرايش دارند. اغلب تغييرات ناشي از تلفيق اين گرايشهاست. همه ي فرآيندهاي خودبخود به سوي تعادل پيش مي روند. براي مثال يك گوي در جهت سرازيري يك تپه مي غلتد، نه به سوي بالا. پايين تپه جايي است كه گوي كمترين انرژي پتانسيل را دارد. انرژي پتانسيل شيميايي ، كه از نظر تكنيكي ، انرژي آزاد ناميده مي شود، هنگامي كه سيستم در تعادل است به كمترين مقدار خود مي رسد. نتيجه ي جالب حاصل از نقش آنتروپي در معادله ي انرژي آزاد گيبس آن است كه مولكولهايي مانند H2, O2 و N2 كه در سطح زمين پايدارند، در خورشيد و ستارگان وجود ندارند. براي جستجوي علت، N2 را در نظر بگيريد. براي تفكيك يك مول از مولكولهاي N2، انرژي زيادي لازم است. N2 + انرژي 2N انرژي = dH 941+= كيلوژول چون dH مقدار مثبت بزرگي است، N2 در دماي معمولي كره ي زمين، مولكول بسيار پايداري به شمار مي رود، زيرا واكنش يكطرفه و خودبخودي مي شود. اين پايداري ناشي از كوچك بودن TdS در مقايسه با مقدار زياد dH است (كه به نوبه ي خود dG را مثبت مي كند). آنتروپي گاز تشكيل يافته از اتمهاي منفرد نيز بيش از آنتروپي مولكولهاي N2 است. جفت شدن اتمهاي نيتوژن نيز نوعي برقرار نظم به شمار مي رود. بنابراين در دماي معمولي افزايش انتروپي چندان تاثيري ندارد و گرماگير بودن واكنش تعيين كننده است كه واكنش خودبخود انجام نشود. اما در دماهاي بالا مانند دماي نزديك خورشيد، مقدار TdS بيشتر از 941+ كيلوژول مي شود و درنتيجه اين جمله تعيين كننده مي شود. درنتيجه dG منفي مي شود. بنابراين در نزديكي خورشيد، نيتروزن فقط به صورت اتمهاي منفرد وجود دارد. هر سه كميت آنتالپي، آنتروپي و انرژي آزاد ، به دما بستگي دارند. با اين همه، بررسيهاي ما در دماي 15/298 كلوين و فشار 00/100 كيلوپاسكال خواهد بود. به عبارت ديگر ، ما همواره با موادي سروكار داريم كه در حالتهاي استاندارد خود هست

 

 

 

وی در 25 آوریل 1900 در وین اتریش چشم به جهان گشود. پدرش دانشمندی برجسته بود و استادی شیمی را در دانشگاه وین بر عهده داشت. پاولی در شهر وین تحصیلاتخود را به پایان رسانید و در اواخر دوران دبیرستان بانظریه نسبیت انیشتین آشنا شد. نوشته انیشتین بر او تاثیر بسزایی داشت، او نظریه انیشتین را در ساعات خسته کننده مدرسه بطور پنهانی مطالعه می‌کرد. او پس از به پایان رساندن دوران دبیرستان مشغول به تحصیل در رشتهفیزیک نظری شد. طی سالهای ۱۹۲۳ تا ۱۹۲۸ به تدریس در دانشگاه هامبورگ مشغول بود و پس از آن به سمت استادی فیزیک نظری در انستیتو تکنولوژی فدرال در زوریخ منصوب شد. او در سال ۱۹۴۰ به عنوان رئیس گروه فیزیک نظری دانشگاه پرینستون انتخاب شد که با پایان جنگ جهانی دوم، آن را رها و به آلمان مراجعت کرد.

پاولی در میان جماعت فیزیکدانان برجسته اواسط قرن بیستم از جایگاهی بسیار بالا برخوردار است و به زعم بسیاری، پس از انتشار مقاله استادانه اش در باب نظریه نسبیت، به یکی از رهبران جریان فیزیک دوره خود بدل شد. قوانین او- که همیشه نام او را به همراه دارند- دانشموجود ساختار اتمی را متبلور ساختند که در نهایت به شناسایی دو متغیر با ارزش منجر شد که برای توصیف وضعیت یک الکترون به آن دو احتیاجی مبرم بود. پاولی اولین دانشمندی بود که وجود نوترون - یک ذره بدون بار و جرم که از تجزیه و فروپاشی رادیواکتیو بتا صاحب انرژی می شود- را درک کرد و این، قدم اول و آغاز دهه ای طلایی قبل از جنگ جهانی دوم به شمار می رفت.

پاولی در مرکز تحقیقات فیزیک نظری در زوریخ مشغول فعالیت بود. او نقش مهمی در پایه گذاری نظریه کوانتومی میدانی ایفا کرد و در پیشرفت های بزرگی که در سال ۱۹۴۵ در این حوزه به وجود آمد، شرکتی فعال داشت. او پیش از این، با ارائه اسنادی مبنی بر وجود ارتباط بین چرخش و شاخص ذرات بنیادی، نظریه ای مطرح کرده بود. طی سالها مطالعه اش در این زمینه، مقالات گوناگون و متعددی در باب مشکلات و نواقص فیزیک نظری به رشته تحریر درآورد و بیش از هرچیز در باب مکانیک کوانتوم در نشریات معتبر کشورهای مختلف، مقالات علمی خود را به چاپ رسانید. پاولی یکی از معدود اعضای خارجی جامعه سلطنتی لندن و عضو جامعهفیزیک سوئیس، جامعه فیزیک آمریکا و انجمن آمریکایی پیشرفت علم به شمار می رفت.

پاولی را هرگز نمی‌توان معلم خوبی بشمار آورد چرا که او آهسته و جویده حرف می‌زد و بر روی تخته سیاه نوشته‌هایش را به صورت نامنظم می‌نوشت و در هنگام تدریس پیرامون موضوع مورد بحث فکر می‌کرد، اما با این حال پیوسته شاگردانش او را دوست داشتند و به او علاقه‌مند بودند. او با شور و شوقی غیرقابل وصف به مبانی فلسفی علم علاقه‌مند بود و آن را مورد بررسی قرار می داد.

او در سال ۱۹۴۵ به پاس همکاری قاطع و صمیمانه اش در جریان کشف قانون جدیدی از طبیعت در سال ۱۹۲۵ به نام قانون پاولی شایسته دریافت جایزه نوبل شناخته شد. جالب است بدانید شخص اینشتین پیشنهاد نامزدی وی برای دریافت جایزه نوبل را مطرح کرده بود. در سال ۱۹۵۸ پاولی موفق به دریافت مدال ماکس پلانک شده و در همان سال به سرطان لوزالمعده مبتلا شد. هنگامی که چارلزانز - آخرین دستیارش- به ملاقاتش در بیمارستان روت کروز زوریخ رفت، پاولی از او پرسید : شماره اتاق را دیدی؟ شماره اتاق پاولی ۱۳۷ بود. او در تمام زندگی اش با این سئوال که چرا یک عدد ثابت یا تعداد ثابت بنیادی بدون بعد، همیشه ارزشی نزدیک به یک سی وهفتم دارد، روبه رو بود. پاولی در همان اتاق در ۱۵ دسامبر ۱۹۵۸ درگذشت.

 

ماري كوري در سال 1867 در لهستان متولد شد. او با حافظه خارق‌العاده‌اش به عنوان يك كودك، مردم را شگفت‌زده مي‌كرد و خواندن را وقتي تنها چهار سالش بود، آموخت. پدرش پروفسورعلوم بود و ابزارهايي كه در جعبه شيشه‌اي نگهداري مي‌كرد، ماري را مجذوب مي ساخت. ماري رؤياي دانشمند شدن را در سر مي‌پروراند، اما مي دانست كه اين كار آسان نخواهد بود. وي در سن 18 سالگي، به دليل فقر خانوادگي، معلم سرخانه شد و به خواهرش براي درس خواندن در پاريس كمك مالي مي‌كرد. بعدها خواهرش نيز او را در تحصيل ياري نمود.
در آن زمان، در لهستان دانشگاهي براي دختران وجود نداشت. بنابراين، در سال 1891، ماري به دانشگاه سوربن در پاريس رفت. او به قدري فقير بود كه تنها نان و كره مي‌خورد و لباسهاي كهنه‌اي را كه با خود از Warsaw آورده بود، مي‌پوشيد. 
هر روز تا ساعت 10 شب در كتابخانه درس مي‌خواند، پس از آن به اتاق سرد كوچكش مي‌رفت و تا ساعت 2 يا 3 صبح مطالعه مي‌كرد. ماري بعد از 4 سال، با پير كوري يك فيزيكدان مشهور، در سوربن ازدواج كرد. ماري و پير به دنبال عناصر جديد گشتند. آنها سنگ معدن اورانيوم را آسياب كردند، سپس آن را جوشاندند و با اسيدها و ساير مواد شيميايي مورد آزمايش قرار دادند. سرانجام پس از چهار سال كار سخت و مصرف چندين تن‌ سنگ معدن، يك دهم گرم راديوم خالص به دست آوردند. بدين ترتيب، آنها نخستين عنصر راديواكتيو را كشف كرده بودند.
در سال 1903، ماري، پير و يك دانشمند ديگر به نام  Henry Becquerel به دليل كشف راديوم و مطالعه راديواكتيويته، جايزه نوبل را در فيزيك از آن خود كردند. ماري كوري اولين زني بود كه جايزه نوبل فيزيك را مي برد. بعدها او يك جايزه نوبل ديگر هم در شيمي دريافت كرد. در زمان جنگ جهاني اول، ماري بر روي اشعه‌هاي X كار مي‌كرد. او باور داشت كه آنها مي‌توانند در درمان بيماريهايي مانند سرطان موثر باشند. وي هيچ‌گاه از كشفياتش براي مال‌اندوزي استفاده نكرد، زيرا معتقد بود كه بايد به ديگران كمك نمود.
 
بخشي از سخنراني پي ير كوري در مراسم اهداي نوبل
«آيا گشايش رموز طبيعت كاري درست است يا خير؟ آيا بشر آمادگي استفاده از اين رموز را دارد؟ اكتشاف نوبل از مواد منفجره ما را به شك مي اندازد. اينك مواد منفجره در دست جنايتكاران است و باعث جنگ بين دولتها مي شود. با وجود اين، من با نوبل هم عقيده ام كه گشايش رموز طبيعت رويهم رفته به نفع بشريت است». 
گفته هاي كوري به ياد ماندني هستند. در اين زمان، پي ير 44 ساله و ماري 36 ساله بود. با وجود اين، بدن هايشان تحليل رفته و سلامت شان به خطر افتاده بود. 7 سال طول كشيد تا ماري دكترايش را بگيرد و بالاخره تز دكتراي خود را در سال 1904 نوشت كه به نوعي همان مقاله  سال 1900 او بود. 
در سال 1906 پير درگذشت و در سال 1911 ماري دومين جايزه نوبل را در شيمي دريافت كرد. در اين دوران به اندازه كافي معروف شده بود و به همين دليل، دولت فرانسه پول كافي در اختيارش قرار داد و سرانجام آزمايشگاه مفصلي همچون «نوشداروي پس از مرگ سهراب» به ماري اعطا شد! وي در سال 1934 در آسايشگاه كناره هاي آلپ، سفر زميني خود را ترك گفت. 

 قانون بقاي جرم(1)

نظریه ی اصل آتش یا فلوژیستون:

شیمی در زمان لاووازیه آن قدر پیشرفته نبود که بشود حتی آن را علم نامید! دیدگاه متداول احتراق، نظریه ی آتش بود که ماده ای بی وزن یا تقریباً بی وزن به نام آتش (Phlogiston) را در بر می گرفت. در این نظریه، فلز و آتش، غنی از مایه ی آتش و زمین دارای فقر فلوژیستون بود.

 

Phlogiston یا مایه ی آتش:

عقیده بر این بود که این ماده،بی رنگ، بی بو ، بی رنگ  و قسمت قابل اشتعال تمام مواد آتش گیر است و به صورت شعله در حین سوختن مواد، رها می شود. در قرن هیجدهم، لاووازیه ثابت کرد که چنین ماده ای در واقعیت وجود ندارد.

وقتی فلز در حضور هوا سرخ می شود یا سوزانده می شود، به ماده ای پودر مانند به نام کلاکس (که اکنون اکسید نامیده می شود) تبدیل می شود. این کاهش در وزن، به صورت کمبود مایه ی آتش در هوا توصیف می شود. برای ذوب کاری یک سنگ معدن، فرایند برعکس می شود.

 عقیده بر این است که زغال چوب نیز غنی از مایه ی آتش است؛ بنابراین زمانی که زغال چوب با این کلاکس (اکسید) پودری سوزانده می شود، مایه ی آتش به طور فرضی با به جا گذاشتن فلز،از زغال چوب به اکسید تبدیل می شود. 

 

نظریه ی فلوژیستون بیان کرد...

هنگامی که مواد قابل اشتعال می سوزند، وزن آن ها کم می شود زیرا مایه ی آتش خود را از دست می دهند.

 آتش در یک فضای بسته می سوزد زیرا هوا را با مایه ی آتش اشباع می کند.

زغال چوب هنگام سوختن، باقی مانده ی بسیار کمی از خود به جای می گذارد زیرا عمدتاً از مایه ی آتش تشکیل شده است.

حیوانات در محیط بدون هوا می میرند زیرا هوا غنی از مایه ی آتش است.

  اکسید برخی فلزات هنگام حرارت دادن با زغال چوب به فلز تبدیل می شود زیرا مایه ی آتش زغال چوب، مایه ی آتش در فلز از خود به جا می گذارد.

مسئله ی اصلی این بود که وقتی برخی فلزات سوزانده می شدند، اکسید باقی مانده، سنگین تر از فلز اولیه بود . برخی از معتقدین به نظریه ی آتش سعی کردند  تا  این پدیده را  با ذکر این نکته  که در برخی فلزات، مایه ی آتش، وزن منفی دارد، توجیه کنند. علاوه بر این، این پدیده کشف شد که جیوه به آسانی با حرارت دیدن، می تواند به فلز تبدیل شود که هیچ منبع غنی از مایه ی آتشی مانند زغال چوب ندارد.

لاووازیه به جای استثناهای این نظریه که مایه ی آتش می تواند وزن مثبت، وزن منفی و گاهی بدون وزن باشد، به این نظریه مظنون شد و بعدها ثابت کرد که افزایش وزن، نتیجه ی ترکیب فلز با هوا است.

در سال 1777 لاووازیه نظریه ی خود را ارائه داد که " احتراق" و فرایندهای مربوط به آن، واکنش هایی هستند که در حالت کلی در احتراق، اکسیژن با عناصر دیگری ترکیب می شود.

راه حل این مشکل : قانون بقای جرم

لاووازیه شیمی را از علم کیفی به علم کمی تبدیل کرد. او با نشان دادن این که جرم محصولات در واکنش، مساوی با جرم واکنش دهنده هاست، تمام افکار مربوط به نظریه ی آتش را به دور انداخت.

 

معادله ی پایین از مثال اکسید جیوه استفاده می کند تا تفاوت عمده بین مدل ذهنی پریستلی و مدل پیشرفته ی لاووازیه را نشان دهد:

 

پریستلی گاز اکسیژن را با استفاده از نور خورشید و گرم کردن اکسید جیوه ای که در یک محفظه ی شیشه ای قرار دارد، تولید کرد. اکسیژن، مقداری از جیوه را به هنگام تولید شدن از ظرف شیشه ای بیرون می راند و حجم به حدود 5 برابر افزایش پیدا می کند.

 

 

لاووازیه مقداری جیوه که از قبل وزن آن معین بود، گرم کرد تا اکسید قرمز جیوه را تشکیل دهد. او مقدار اکسیژن بیرون آمده از ظرف و مقدار اکسید قرمز تشکیل شده را اندازه گرفت. وقتی واکنش معکوس شد، او مقدار اصلی جیوه و اکسیژن را پیدا کرد.

بنابراین لاووازیه ثابت کرد اکسیژن، نقش اساسی در تفاوت وزنی موجود در احتراق دارد و دیدگاه پذیرفته شده ی نظریه ی آتش را رد کرد.

 قانون بقای جرم (2)

در گذشته خواندید که آزمایش لاووازیه کمی بود در حالی که پریستلی این آزمایش را کیفی نتیجه گیری کرده بود. در ادامه این بحث به دیگر کارهای لاووازیه و کشف گازهایی که در تکمیل نظریه های قدیمی مانند فلوژیستون مطرح شدند، اشاره خواهیم کرد.

لاووازیه را اکنون به عنوان پدر شیمی مدرن می شناسیم. با این وجود ، زمانی که لاووازیه آزمایش های خود را بر روی احتراق و تنفس شروع کرد، علم شیمی هنوز در مراحل اولیه ی پیشرفت به سر می برد؛ اطلاعات تجربی زیادی وجود داشت اما زمینه های نظری بسیار کمی در دسترس بود و هیچ زبان قراردادی برای این اطلاعات وجود نداشت.

مشخصات  کافی  از   اسیدها ،  بازها ، نمک ها و  فلزات  شناسایی شده  بود  تا  جایی  که می توانستند معمولاً تشخیص داده شوند ، اما گازها آن چنان شناخته شده نبودند. در انتهای این مطلب، تاریخچه ای مختصر راجع به برخی گازهای معروف و کشف آن ها خواهیم خواند

لاووازیه به راحتی اکتشافات تجربی دیگر دانشمندان را تثبیت کرده و گسترش داد و مدل های ذهنی را برای نظم دادن به تمام این ایده ها شکل داد. او از معدود دانشمندانی بود که اهمیت اندازه گیری دقیق واکنش دهنده ها و محصولات را کاملاً درک کرد. به منظور چنین اندازه گیری های دقیقی، او ترازویی اختراع کرد که حدود 0/0005  گرم دقت داشت. او قانون بقای جرم را ثابت کرد  و نشان داد که جرم واکنش دهنده ها باید با جرم محصولات برابر باشد؛ به بیان دیگر:

در یک واکنش شیمیایی، ماده نه به وجود می آید نه از بین می رود.

تنفس:

لاووازیه نشان داد که در فرایند تنفس، اکسیژن مصرف می شود و دی اکسید کربن بیرون داده می شود. وی در سال 1783 شروع به آزمایش های اندازه گیری گرما با استفاده از یک کالری متر کرد و نشان داد که گرمای تولید شده در فرایند تنفس، مساوی با گرمای تولید شده در هنگامی است که همان مقدار اکسیژن برای سوزاندن زغال چوب مصرف می شود.

وی همچنین از یک کالری متر برای یافتن گرمای ویژه ی مواد مختلف و اندازه گیری گرمای تولید شده در واکنش های شیمیایی استفاده کرد.

حالت های ماده:

لاووازیه در دوران تحصیل خود آموخت که مواد مایع، هم توسط تغییر فاز دادن به هوا و هم حل شدن در هوا تبخیر می شوند (مانند حل شدن نمک در آب).

لاووازیه نشان داد که تمام مواد می توانند در سه طبقه جای گیرند. با این وجود، او عقیده داشت که این تغییرات در حالت، نتیجه ی ترکیب آتش با ماده است. این "ماده ی آتش" یا "کالریک"، بی وزن است و با جامد ترکیب می شود تا مایع تشکیل دهد و با مایع تشکیل می شود تا گاز تشکیل دهد.

نام گذاری:

لاووازیه و گروه کوچکی از دیگر دانشمندان، روش نام گذاری شیمیایی را ایجاد کردند که تفاوت های بین عناصر را طبقه بندی کنند. لاووازیه همچنین تفاوت های بین عناصر و ترکیبات را واضح تر توصیف کرد.

.

کوره آفتابی که برای جمع کردن نور خورشید توسط لاووازیه اختراع شد

تاریخچه ی کشف گازهای معروف(اطلاعات کلی):

 

 دی اکسید کربن ((CO2: هوای ماندگار

دی اکسید کربن اولین گازی بود که به عنوان یک ماده ی خالص مشخص و تهیه شد. حدود سال 1750 این گاز توسط جوزف بلک مورد مطالعه قرار گرفت؛ وی این گاز را "هوای ماندگار" یا "هوای ثابت" نامید. اطلاعات راجع به هوای ماندگار از طریق معادله ی زیر به دست می آید:

معادله ی جدید:

در حالی که جوزف بلک نتوانست هیچ مصرف تجاری برای این گاز پیدا کند، جوزف پریستلی در سال 1772 در لندن، نوشیدنی های گازدار کربنات دار را به دست آورد.

 

 

 نیتروژن (N2): هوای مرده

کشف نیتروژن حدود سال 1772 مشخص شد اما کاشف واقعی آن معلوم نیست. فردی به نام "شیلی" بیان کرد زمانی که هوا در جایی محبوس شود، قسمتی از هوا می تواند با واکنش با پوشش آهنی نم دار بیرون بیاید و هوای باقیمانده، نظریه ی احتراق را تأیید نخواهد کرد. این هوای باقیمانده، "گاز ماندگار" نبود زیرا با آب آهکی که در بالا ذکر شد، رسوب نداد. از آن جایی که این گاز، شامل نظریه ی احتراق یا دلیل حیات نبود، "هوای مرده" نام گرفت.

 

 

 هیدروژن (H2): هوای اشتعال پذیر

هیدروژن توسط هنری کاوندیش کشف شد؛ وی در تحقیق علمی اش راجع به "هواهای مصنوعی" این گاز را توصیف کرده و در سال 1766 آن را منتشر کرد. این گاز که او آن را با ترکیب یک فلز با اسید (معادله ی زیر) تولید کرد، چگالی بسیار کمی نیز داشت و در ابتدا "گاز اشتعال پذیر" نامیده شد.

اکسیژن (O2): گاز آتش

اکسیژن که حدود یک پنجم اتمسفر را تشکیل می دهد، در اصل به نام های "گاز آتش" و "گاز ضدآتش" بود. این گاز توسط جوزف پریستلی در سال 1774 که با گرم کردن اکسید قرمز جیوه آن را به دست آورد، کشف شد.با این وجود، به بیان امروزی، واکنش اصلی به این صورت بود:

پریستلی فهمید که هوا ماهیت آتشی خود را از دست می دهد؛ به صورت زیر:

هوا + X = هوای آتش گیر (نیتروژن)

هوا  - X = هوای ضد آتش (اکسیژن)

جمع بندی :

1) لاووازیه حدس زد فرایند سوختن در واقع یک ترکیب شیمیایی با اکسیژن است.

2)  او فهمید به مفهوم تازه ای از عناصر، مواد مرکب و تغییر شیمیایی نیاز است.

3) اکنون ما می دانیم که 89 عنصر به طور طبیعی در پیرامون ما یافت می شود و در نهایت، 23 عنصر با عمر کوتاه که به طور مصنوعی ساخته می شوند، وجود دارند.

 

 

 

 

 

ایرن ژولیو کوری (۱۸۹۷–۱۹۵۶ میلادی)فیزیک‌دان و شیمی‌دان فرانسوی به خاطر کشف رادیواکتیویتهٔ مصنوعی در سال ۱۹۲۵جایزه نوبل شیمی را دریافت کرد.

ایرن کوری در پاریس به دنیا آمد و در همان شهر هم دیده از جهان فروبست. مادرشماری کوری و پدرش پیئر کوری هر دو فیزیک‌دان برجسته‌ای بودند. ایرن در ۴ اکتبر ۱۹۲۶ با فردریک ژولیو که در انستیتو رادیوم زیر نظرماری کوری کار می‌کرد ازدواج کرد. فردریک پسر هانری ژولیو از انقلابیون کمون پاریس بود.

در سال ۱۹۳۴ ایرن و فردریک توسط پرتو آلفا آلومینیوم را بمباران کردند و نشان دادند با این عمل هستهٔ آلومینیوم با انتشار یک نوترون به هستهٔفسفر تبدیل می‌شود ولی فسفر به دست آمده رادیوکتیو بود و به انتشار پوزیترون ادامه می‌داد. آن‌ها در واقع رادیواکتیویته مصنوعی را کشف کرده بودند.

در سال ۱۹۳۵ زوج ژولیو-کوری به خاطر کشف رادیوکتیویته مصنوعی جایزه نوبل شیمی را دریافت کردند.

با قدرت گرفتن هیتلر در آلمان و فاشیست‌ها در ایتالیا جناح چپ در فرانسه قوی‌تر شد و در انتخابات ۱۹۳۶ با پیروزی جبههٔ خلق، لئون بلوم رئیس جمهور شد و از ایرن ژولیو کوری دعوت کرد پست وزارت آموزش و پرورش را بپذیرد و این نخستین باری بود که زنی به کابینهٔ فرانسه راه پیدا می‌کرد.

در سال ۱۹۴۶ زوج ژولیو-کوری برنامهٔ تشکیل مرکز انرژی اتمی را ارئه نمودند و دو سال بعد نخستین پیل اتمی فرانسه را به راه انداختند. اما در سال ۱۹۵۰ به دلیل آنچه تمایلات کمونیستی قلمداد شد، از این مرکز اخراج شدند و در ۱۹۵۴ که عضویت ایرن در انجمن شیمی‌دانان آمریکا پیشنهاد شد به دلیل همین تمایلات با آن مخالفت شد.

ایرن ژولیو کوری در ۱۷ مارس ۱۹۵۶ بر اثر سرطان خون که به دلیل مجاورت با پرتوهای رادیواکتیو به آن مبتلا شده بود درگذشت

 

 

 

 

 

از کارل گاسنر به عنوان یکی از تاثیرگذارترین افراد در علم شیمی یاد می‌کنند، هر چند که شاید در مقایسه با بسیاری از نام‌ها، کمتر اسم او را شنیده باشیم. وی برای نخستین بار سلول خشک شیمیایی یا همان باتری را سال 1888 اختراع کرد. این سلول با استفاده از فلز روی ساخته شد که در حقیقت از آن به عنوان مخزنی برای سایر عناصر و همچنین الکترود منفی استفاده می‌شد.

ساخت این سلول رویدادی تاریخی در توسعه علم شیمی به شمار می‌آمد. نکته مهم دیگر این بود که حمل این سلول بسیار ساده و در عین حال استفاده از آن نیز بدون هیچ مشکلی صورت می‌گرفت. به عقیده محققان ساخت این سلول مبنای توسعه صنعت باتری‌سازی در دنیا به شمار می‌آید. این دانشمند آلمانی به عنوان پدر باتری در تاریخ علم شناخته شده است. 2 سال پیش از این‌که این اختراع جالب توجه به موضوعی جهانی تبدیل شود، گاسنر حق اختراعی در آلمان برای نخستین سلول خشک کسب کرد. این باتری بیشتر شبیه ترکیب روی و کربن بود و این دقیقا همان ترکیبی است که در بسیاری از باتری‌های امروزی دیده می‌شود. وی در ادامه این اختراع مهم را در کشورهایی نظیر اتریش، بلژیک، انگلیس، فرانسه و مجارستان به ثبت رساند تا به این ترتیب دنیا به تدریج با یکی از مهم‌ترین اختراعات بشری آشنا شود.

یک سال بعد یعنی سال 1887 در آمریکا نیز این اختراع به ثبت رسید و پس از آن بود که تا سال 1896 یک شرکت بزرگ در این کشور تولید باتری‌هایی از این دست را گسترش داد. ارائه این سلول خشک نقطه عطفی در تاریخ علم شیمی جهان به شمار می‌آید. این دانشمند شهیر که سال 1839 در آلمان به دنیا آمد پس از 43 سال زندگی و در حالی که در اوج شهرت جهانی قرار داشت سال 1882 در این کشور درگذشت.

از کارل گاسنر به عنوان یکی از شناخته‌شده‌ترین دانشمندان تاریخ آلمان یاد می‌شود. گرچه در سال‌های اخیر نسل جدیدی از باتری‌ها طراحی و روانه بازارهای جهانی شده‌اند اما تا چندی پیش تمامی باتری‌هایی که در سراسر جهان تولید می‌شدند صرفا بر مبنای تحقیقات و مطالعه کارل گاسنر طراحی و ساخته می‌شدند. آنچه که وی در بیش از یک قرن پیش انجام داد به ایجاد تحولاتی شگرف در صنایع مختلف منتهی شد.

 

 دید کلی

نیلز بور (1962 - 1885) ، از بنیانگذاران فیزیک کوانتوم ، در مورد چیزی که بنیان گذارده است، جمله‌ای دارد به این مضمون که اگر کسی بگوید فیزیک کوانتوم را فهمیده ، پس چیزی نفهمیده است. 



  

 

تقسیم ماده 

 

از یک رشته‌ی دراز ماکارونی پخته شروع می‌کنیم. اگر این رشته‌ی ماکارونی را نصف کنیم، بعد نصف آن را هم نصف کنیم، بعد نصف نصف آن را هم نصف کنیم و ... شاید آخر سر به چیزی برسیم، البته اگر چیزی بماند! که به آن مولکولل ماکارونی می‌توان گفت؛ یعنی کوچکترین جزئی که هنوز ماکارونی است. حال اگر تقسیم کردن را باز هم ادامه بدهیم، حاصل کار خواص ماکارونی را نخواهد داشت، بلکه ممکن است در اثر ادامه‌ تقسیم ، به مولکولهای کربن یا هیدروژن یا ... بر بخوریم.

این وسط ، چیزی که به درد ما می‌خورد (یعنی به درد نفهمیدن کوانتوم!) این است که دست آخر ، به اجزای گسسته‌ای به نام مولکول یا اتم می‌رسیم. این پرسش از ساختار ماده که آجرک ساختمانی ماده چیست؟ ، پرسشی قدیمی و البته بنیادی است. ما به آن ، به کمک فیزیک کلاسیک ، چنین پاسخ گفته‌ایم: ساختار ماده ، ذره ای و گسسته است؛ این یعنی نظریه مولکولی. 

تقسیم انرژی

ایده‌ی تقیسم کردن را در مورد چیزهای عجیبتری بکار ببریم، یا فکر کنیم که می‌توان بکار برد یا نه. مثلا در مورد صدا. البته منظورم این نیست که داخل یک قوطی جیغ بکشیم و در آن را ببندیم و سعی کنیم جیغ خود را نصف ـ نصف بیرون بدهیم. صوت یک موج مکانیکی است که می‌تواند در جامدات ، مایعات و گازها منتشر شود. چشمه‌های صوت معمولا سیستمهای مرتعش هستند. ساده ترین این سیستمها ، تار مرتعش است که در حنجره‌ انسان هم از آن استفاده شده است. براحتی و بر اساس مکانیک کلاسیک می‌توان نشان داد که بسیاری از کمیتهای مربوط به یک تار کشیده‌ مرتعش ، از جمله فرکانس ، انرژی ، توان و ... گسسته (کوانتیده) هستند.

گسسته بودن در مکانیک موجی پدیده‌ای آشنا و طبیعی است. امواج صوتی هم مثال دیگری از کمّیتهای گسسته (کوانتیده) در فیزیک کلاسیک هستند. مفهوم موج در مکانیک کوانتومی و فیزیک مدرن جایگاه بسیار ویژه و مهمی دارد و یکی از مفاهیم کلیدی در مکانیک کوانتوم است. پس گسسته بودن یک مفهوم کوانتومی نیست. این تصور که فیزیک کوانتومی مساوی است با گسسته شدن کمّیتهای فیزیکی ، همه‌ مفهوم کوانتوم را در بر ندارد؛ کمّیتهای گسسته در فیزیک کلاسیک هم وجود دارند. بنابراین ، هنوز با ایده‌ تقسیم کردن و سعی برای تقسیم کردن چیزها می‌توانیم لذت ببریم! 

  

مولکول نور

فرض کنید بجای رشته‌ی ماکارونی ، بخواهیم یک باریکه‌ نور را بطور مداوم تقسیم کنیم. آیا فکر می‌کنید که دست آخر به چیزی مثل «مولکول نور» (یا آنچه امروز فوتون می‌نامیم) برسیم؟ چشمه‌های نور معمولاً از جنس ماده هستند. یعنی تقریباً همه‌ نورهایی که دور و بر ما هستند از ماده تابش می‌کنند. ماده هم که ساختار ذره‌ای ـ اتمی دارد. بنابراین ، باید ببینیم اتمها چگونه تابش می‌کنند یا می‌توانند تابش کنند؟ 

تابش الکترون

در سال 1911، رادرفورد (947-1871) نشان داد که اتمها ، مثل میوه‌ها ، دارای هسته‌ مرکزی هستند. هسته بار مثبت دارد و الکترونها به دور هسته می‌چرخند. اما الکترونهای در حال چرخش ، شتاب دارند و بر مبنای اصولالکترومغناطیس ، «ذره‌ بادارِ شتابدار باید تابش کند» و در نتیجه انرژی از دست بدهد و در یک مدار مارپیچی به سمت هسته سقوط کند. این سرنوشتی بود که مکانیک کلاسیک برای تمام الکترونها پیش ‌بینی می‌کند. طیف تابشی اتمها ، بر خلاف فرضیات فیزیک کلاسیک گسسته است. به عبارت دیگر ، نوارهایی روشن و تاریک در طیف تابشی دیده می‌شوند.

اگر الکترونها به این توصیه عمل می‌کردند، همه‌‌ مواد (از جمله ما انسانها) باید از خود اشعه تابش می‌کردند (و همانطور که می‌دانید اشعه برای سلامتی بسیار خطرناک است)، ولی می‌بینیم از تابشی که باید با حرکت مارپیچی الکترون به دور هسته حاصل شود اثری نیست و طیف نوری تابش ‌شده از اتمها بجای اینکه در اثر حرکت مارپیچی و سقوط الکترون پیوسته باشد، یک طیف خطی گسسته است؛ مثل برچسبهای رمزینه‌ای (barcode) که روی اجناس فروشگاهها می‌زنند.

یعنی یک اتم خاص ، نه تنها در اثر تابش فرو نمی‌ریزد، بلکه نوری هم که از خود تابش می‌کند، رنگهای یا فرکانسهای گسسته و معینی دارد. گسسته بودن طیف تابشی اتمها از جمله علامت سؤالهای ناجور در مقابل فیزیک کلاسیک و فیزیکدانان دهه‌‌ی 1890 بود. 

فاجعه‌ فرابنفش

ماکسول (1879-1831) نور را به صورت یک موج الکترومغناطیس در نظر گرفته بود. از اینرو ، همه فکر می‌کردند نور یک پدیده‌ موجی است و ایده‌ «مولکول نور» ، در اواخر قرن نوزدهم ، یک لطیفه‌ اینترنتی یا SMS کاملاً بامزه و خلاقانه محسوب می‌شد. به هر حال ، دست سرنوشت یک علامت سؤال ناجور هم برای ماهیت موجی نور در آستین داشت که به «فاجعه‌ فرابنفش» مشهور شد. یک محفظه‌ی بسته و تخلیه ‌شده را که روزنه‌ کوچکی در دیواره‌ آن وجود دارد، در کوره‌ای با دمای یکنواخت قرار دهید و آنقدر صبر کنید تا آنکه تمام اجزاء به دمای یکسان (تعادل گرمایی) برسند. در دمای به اندازه‌ کافی بالا ، نور مرئی از روزنه‌ محفظه خارج می‌شود (مثل سرخ و سفید شدن آهن گداخته در آتش آهنگری)

جسم سیاه

نمودار انرژی تابشی در واحد حجم محفظه ، برحسب رابطه رایلی- جینز در فیزیک کلاسیک و رابطه پیشنهادی پلانک در تعادل گرمایی ، این محفظه دارای انرژی تابشی‌ است که آن را در تعادل تابشی ـ گرمایی با دیواره‌ها نگه می‌دارد. به چنین محفظه‌ای «جسم سیاه» می‌گوییم. یعنی اگر روزنه به اندازه‌ی کافی کوچک باشد و پرتو نوری وارد محفظه شود، گیر می‌افتد و نمی‌تواند بیرون بیاید. فرض کنید میزان انرژی تابشی در واحد حجمِ محفظه (یا چگالی انرژی تابشی) در هر لحظه U باشد.

چه کسری از این انرژی تابشی که به شکل امواج نوری است، طول موجی بین 546 (طول موج نور زرد) تا 578 نانومتر (طول موج نور سبز) دارند؟ جواب فیزیک کلاسیک به این سؤال برای بعضی از طول موجها بسیار بزرگ است! یعنی در یک محفظه‌ی روزنه دار که حتماً انرژی محدودی وجود دارد، مقدار انرژی در برخی طول موجها به سمت بی نهایت می‌رود. این حالت برای طول موجهای فرابنفش شدیدتر هم می‌شود. 

رفتار موجی ـ ذره‌ای

در سال 1901 ماکس پلانک (Max Planck: 1947-1858) اولین گام را بسوی مولکول نور برداشت و با استفاده از ایده‌ تقسیم نور ، جواب جانانه‌ای به این سؤال داد. او فرض کرد که انرژی تابشی در هر بسامد v به صورت مضرب صحیحی از hv است، که در آن h یک ثابت طبیعی (معروف به «ثابت پلانک») است. یعنی فرض کرد که انرژی تابشی در بسامد v از «بسته‌های کوچکی با انرژی hv» تشکیل شده است. یعنی اینکه انرژی نورانی ، «گسسته» و «بسته ـ بسته» است.

البته گسسته بودن انرژی به‌تنهایی در فیزیک کلاسیک حرفِ ناجوری نبود، بلکه آنچه گیج‌ کننده بود و آشفتگی را بیشتر می‌کرد، ماهیت «موجی ـ ذره‌ای» نور بود. این تصور که چیزی (مثلاً همین نور) هم بتواند رفتاری مثل رفتار «موج» داشته باشد و هم رفتاری مثل «ذره» ، به طرز تفکر جدیدی در علم محتاج بود. 

 چادویک درMaccles Field به دنیا آمد و در دانشگاه منچستر به تحصیل پرداخت. و به عنوان دانشجوی فوق لیسانس زیر نظر ارنست رادرفورد  به کارش ادامه داد. در ۱۹۱۳ به منظور کار زیر نظر هانس گایگر مخترع شمارشگر گایگر، رهسپار لیپزیک شد. در آنجا کار وی این بود که طیف اشعه بتای صادر شده به وسیله اجسام رادیواکتیو مختلف را که اساساً متفاوت به نظر می رسیدند، مطالعه کند. این تفاوت به این خاطر بود که طیف آنها توزیع پیوسته ای از انرژی های حرکتی را نشان می داد که تقریباً از صفر تا مقادیر نسبتاً زیاد را در برمی گرفت. هنوز چیزی از آغاز فعالیت وی نزد گایگر نگذشته بود که خود را چنان یک بیگانه و دشمن یافت. کار او در پاییز همان سال ۱۹۱۴ کامل و برای انتشار آماده بود که ناگهان جنگ جهانی اول در گرفت و او به عنوان دشمن توقیف و در تمام مدت جنگ به اردوگاه های اسرای جنگی اعزام شد. او در این مدت سرما و گرسنگی را تحمل کرد. با این حال با کمک های والتر نرنست اجازه یافت تا پژوهش های مقدماتی خود را دنبال کند.

وی در بازگشت به انگلستان در ۱۹۱۹ از سوی رادرفورد برای همکاری با دانشگاه کمبریج فراخوانده شد و از ۱۹۲۱ تا ۱۹۳۵ به عنوان دستیار مدیر پژوهش های آزمایشگاه کاوندیش به خدمت پرداخت.

در این فاصله بود که چادویک بزرگ ترین اکتشاف خود یعنی کشف نوترون ها را در ۱۹۳۲ به ثمر رسانید. تا پیش از این کشف، فیزیکدانان تنها انتظار وجود دو نوع ذره بنیادی پروتون (P) با بار الکتریکی مثبت و الکترون (e) با بار الکتریکی منفی را داشتند. و بر همه روشن بود که این دو ذره نمی توانند در تبیین تمامی پدیده های اتمی مشاهده شده کفایت کنند. برای مثال هسته اتم کربن که وزن اتمی آن ۱۲ است باید ۱۲ پروتون داشته باشد اما چون بار هسته کربن فقط ۶ است باید ۶ بار الکتریکی منفی نیز داشته باشد و فرض بر این بود که بارهای منفی به وسیله ۱۶ الکترون فراهم می شود که به ۱۲ پروتون پیوسته اند تا یک هسته اتم کربن را تشکیل دهند. با تمامی اینها فرض وجود الکترون ها در هسته به لحاظ نظریه کوانتوم به مشکلات بزرگی منتهی می شد. رادرفورد در ۱۹۲۰ راه حل مشابهی را مبنی بر وجود پروتون های بدون بار مطرح ساخت. با این فرضیه اصلاً لزومی نداشت که الکترون ها درون هسته اتم وجود داشته باشند و ترکیب هسته کربن مثلاً می توانست چنین نوشته شود: ۶ نوترون + ۶ پروتون = ۱۲ C. از این رو در ۱۹۲۵ برنامه مفصلی در آزمایشگاه کاوندیش به راه افتاد که موضوع آن بیرون کشیدن نوترون ها از هسته بعضی از عناصر سبک و در نتیجه اثبات وجود آنها بود. اما چون نتایج آزمایش منفی بود، برنامه متوقف شد و اثبات وجود نوترون ها چند سالی به تاخیر افتاد. در پی همین آزمایشات چادویک در طول دهه ۱۹۲۰ کوشید تا با بمباران هسته اتم آلومینیوم توسط ذرات آلفا (هسته هلیم)، نوترون ها را کشف کند. گزارش بسیار نویدبخشی که در ۱۹۳۰ به اطلاع رسید حکایت از آن داشت که بمباران هسته اتم بریلیم با ذرات آلفا منجر به تولید پرتوهای بسیار نافذی می شود. در ۱۹۳۲ بود که ایرن و فردریک ژولیت کوری دریافتند که عناصر سبکی مانند بریلیم هنگامی که با ذرات آلفای سریع حاصل از پلوتونیوم بمباران شوند، تابش بسیار با نفوذی گسیل می دارند. این تابش با میدان مغناطیسی منحرف نمی شود اما وقتی از موم پارافینی می گذرد سبب بیرون اندازی پروتون هایی می شود که سرعت بسیار زیادی دارند. اما کوری ها نتوانستند توضیح رضایت بخشی برای توان نفوذ و انرژی زیاد تابش مذکور فراهم آورند. آنها حدس می زدند که چنین پرتوهایی احتمالاً از پرتوهای گاما، پرتوهای الکترومغناطیسی با طول موج بسیار کوتاه، تشکیل می شوند. چادویک نشان داد که پرتوهای گاما، پروتون ها را گسیل نمی دارند بلکه این نتیجه تنها در صورتی قابل تبیین است که ذرات گسیل شده جرم تقریباً مشابهی با پروتون ها اما بدون بار الکتریکی داشته باشند.

این ذرات همان نوترون ها بودند. بدین ترتیب چادویک به خاطر این اکتشاف برنده جایزه نوبل فیزیک سال ۱۹۳۵ شد. در سال ۱۹۳۶ بین چادویک که آرزوی ساخت یک سیکلوترون را در آزمایشگاه کاوندیش در سر می پروراند و رادرفورد که به شدت با تمامی پروژه هایی از این دست مخالف بود، اختلاف نظرهایی درگرفت و بدین ترتیب بود که چادویک تصمیم گرفت که کرسی استادی فیزیک دانشگاه لیورپول را که به وی پیشنهاد شده بود، بپذیرد. و در آنجا بود که وی نخستین سیکلوترون بریتانیا را ساخت. و هنگام شروع جنگ جهانی دوم برای حمایت از ادعای اوتوفریش و رادولف پیرلز مبنی به امکان ساخت بمب اتمی آماده بود. در نتیجه طی جنگ بیشتر وقت خود را به عنوان رئیس هیأت بریتانیا برای پروژه منهتن در آمریکا گذرانید. او به خاطر انجام این خدمات در ۱۹۴۵ مفتخر به دریافت لقب سر شد و در ۱۹۵۸ به کمبریج بازگشت و به عنوان استاد کالج گوتویل تا هنگام بازنشستگی در ۱۹۵۸ به کار خود ادامه داد .