كيف تؤثر درجة الحرارة على الضغط

تطبيق علم التفاضل والتكامل في الرياضيات العددية يتمثل في استخدامهما في حل المسائل العددية والتحليلية التي تتعلق بالتغير المستمر في الزمن أو الفضاء. ففي الرياضيات العددية، يتم استخدام علم التفاضل والتكامل لحساب معدلات التغير الفورية والتغير التراكمي لقيم متغيرة مع الزمن أو الفضاء، وهذا يساعد على توفير تقديرات دقيقة للحلول المناسبة للمسائل التي تتطلب هذا النوع من الحسابات. ومن أمثلة تطبيق علم التفاضل والتكامل في الرياضيات العددية، نذكر تحليل الحركة والتغير في درجات الحرارة والضغط والسرعة، وأيضاً في حل المعادلات التفاضلية الأكثر تعقيداً.

تستخدم الدوائر الكهربائية في نظم التحكم الآلي على نطاق واسع للتحكم في العمليات الصناعية والمنازلية والتجارية والطبية والعلمية والعسكرية وغيرها. تعمل هذه الدوائر الكهربائية عن طريق الاستشعار والمعالجة والإخراج لتحديد ومراقبة وتحسين الأداء والكفاءة والأمان للعملية المطلوبة.

وتشمل الدوائر الكهربائية المستخدمة في نظم التحكم الآلي العديد من الأجزاء المختلفة مثل:

1. محولات الجهد: وهي عبارة عن أجهزة تستخدم لتحويل الجهد الكهربائي من مستوى واحد إلى آخر.

2. الاستشعار: وهي عبارة عن أجهزة تستخدم لقياس المتغيرات المختلفة مثل درجة الحرارة والضغط والسرعة والتدفق وغيرها.

3. المعالجة: وهي عبارة عن أجهزة تستخدم لتحويل الإشارات الكهربائية الناتجة عن الاستشعار إلى إشارات رقمية وتفسيرها والقيام بالحسابات اللازمة لتوليد إشارات تحكم.

4. الإخراج: وهي عبارة عن أجهزة تستخدم لتحويل الإشارات التي تم توليدها من خلال المعالجة إلى إشارات كهربائية تستخدم للتحكم في المحركات والصمامات والمفاتيح وغيرها من الأجهزة.

وتتفاوت الدوائر الكهربائية التي تستخدم في نظم التحكم الآلي في الحجم والتعقيد والوظائف التي تؤديها. ومن أمثلة هذه الدوائر الكهربائية: دوائر التحكم في المحركات الكهربائية، دوائر التحكم في الإضاءة والتدفئة والتبريد، دوائر التحكم في الروبوتات والأتمتة الصناعية، وغيرها.

تتضمن الطرق المستخدمة في التحضير الصناعي للبوليمرات في الكيمياء اللاعضوية العديد من العمليات والتقنيات، بما في ذلك:

1. التفاعل البلمرة: إنتاج البوليمرات من خلال الإضافة التدريجية لوحدات البناء إلى السلسلة البلمرية الطويلة. وتشمل هذه العملية استخدام الكيماويات المختلفة والمذيبات المناسبة، والتحكم الدقيق في درجة الحرارة والضغط والتركيز.

2. التفاعل الكيميائي الحلقي: يتضمن إنتاج البوليمرات من خلال تفاعلات كيميائية تشكل حلقات داخل السلسلة البلمرية الطويلة. وتشمل هذه العملية تشكيل السلسلة البلمرية الحلقية من خلال تفاعلات مثل إزالة الماء أو التعدد الوظيفي.

3. التفاعل الكيميائي الصلب: يتضمن إنتاج البوليمرات من خلال التفاعلات الكيميائية الصلبة بين وحدات البناء المختلفة. وتشمل هذه العملية إنتاج البوليمرات المتصلة بعناصر مثل الكبريت والأكسجين والنيتروجين.

4. البلمرة بالإشعاع: يتضمن إنتاج البوليمرات من خلال عملية الإشعاع بالأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة الكهرومغناطيسية الأخرى. وتشمل هذه العملية تفاعل الوحدات البنائية عند تعرضها للإشعاع، مما يؤدي إلى تشكيل السلسلة البلمرية.

5. التحلل الحراري: يتضمن إنتاج البوليمرات من خلال تحلل حراري للمواد الأولية. وتشمل هذه العملية تعرض الوحدات البنائية للحرارة عند درجات حرارة عالية، مما يؤدي إلى تشكيل السلسلة البلمرية.

تتميز بعض المركبات اللاعضوية بخواص مغناطيسية مثل:

1- الارتباط المعدني: حيث يحدث ارتباط قوي بين الذرات بسبب التبادل الإلكتروني لذرات المعادن، مما يؤدي إلى تكون تراكيب مغناطيسية.

2- الشحنة الكهربائية: يحتوي بعض المركبات على شحنة موجودة في مواضع معينة في الجزيئات، مما يجعلها مغناطيسية.

3- الشروط البيئية: بعض المركبات قد تظهر خواص مغناطيسية في ظروف معينة، مثل درجة الحرارة والضغط والرطوبة.

تستخدم الخواص المغناطيسية في الكيمياء اللاعضوية بشكل واسع في المجالات المختلفة مثل الكشف عن الأدوية والمركبات غير المرغوب فيها والمذيبات وتنقية المواد وتقنية التخزين والتوصيل الحراري.

يمكن تحضير الأمونيا من خلال عدة طرق، منها:

1- طريقة هابر بأستخدام النتروجين والهيدروجين:
تتمثل هذه الطريقة في ردّ النتروجين مع الهيدروجين في وجود عامل حفاز على درجة حرارة عالية، حيث يتفاعل النتروجين مع الهيدروجين لتكوين الأمونيا بالتفاعل التالي:
N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)

2- طريقة فريتز هابر:
هي طريقة تحضير الأمونيا الصناعية الأكثر شيوعًا، وتعتمد على استخدام النتروجين والهيدروجين بضغط وحرارة مرتفعة، مع وجود حفاز من أكسيد الحديد والألومينا على شكل نسبة معينة من حبيبات صغيرة. وتتفاعل المكونات حسب المعادلة الكيميائية التالية:
N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)

3- طريقة بازرز ونيلسون:
تعتمد هذه الطريقة على استخدام النيتروجين والهيدروجين في السوائل، مع استخدام عوامل حفازة خاصة. وتتفاعل المكونات حسب المعادلة الكيميائية التالية:
N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)

يلاحظ أن التفاعل يتم تحت درجة حرارة وضغط مرتفعين، حيث تعتبر ضروف الحفازات من أهم العوامل التي تؤثر على نسبة الإنتاج وجودة المنتج النهائي.

تتم عملية تصنيع تقنيات الكيمياء اللاعضوية عن طريق عدة خطوات:

1- التخطيط والتصميم: يتم في هذه المرحلة تحديد نوع المنتج المطلوب ومن خلال الدراسات الكيميائية والتحليلية يتم تحديد المواد المناسبة لتصنيع هذا المنتج.

2- تحضير المواد الخام: يتم في هذه المرحلة إعداد المواد الكيميائية اللازمة لتصنيع المنتج مثل الملح والأحماض والقواعد والمذيبات والمواد المساعدة.

3- الخلط والتفاعل الكيميائي: يتم في هذه المرحلة خلط المواد الخام وإضافة مواد مساعدة لتسهيل التفاعل الكيميائي وتحديد درجة الحرارة والضغط المناسبين لتفاعل المواد وتشكيل المنتج.

4- التنقية والفصل: يتم في هذه المرحلة فصل المنتج المرغوب من عناصره الأخرى بعد إجراء عمليات التصفية والترشيح والترسيب واستخدام المذيبات المناسبة.

5- التعبئة والتغليف: يتم في هذه المرحلة تعبئة المنتج المنتج النهائي في حاويات وتغليفه بطريقة تحميه من العوامل الخارجية مثل الرطوبة والحرارة والتلف.

الكيمياء اللاعضوية تدرس المواد التي لا تحتوي على الكربون، مثل الأملاح والأحماض والمعادن، بينما الكيمياء الحيوية تدرس المواد الحيوية التي تحتوي على الكربون، مثل البروتينات والدهون والكربوهيدرات.

وتختلف أيضاً في الخواص الفيزيائية والكيميائية، والتركيب الجزيئي، مثل طريقة التفاعلات الكيميائية التي تحدث بها. فعلى سبيل المثال، تتفاعل المواد غير الحيوية بطريقة أكثر استجابة للظروف الخارجية، مثل درجة الحرارة والضغط والتركيز، في حين يتميز المواد الحيوية بأنها تتفاعل بطريقة أكثر حساسية لأنها تعتمد على الظروف الحيوية للكائنات الحية، مثل درجة الحرارة والحموضة ونسبة الأيونات في الوسط الخلوي.

كما أن هناك اختلافات في الوظائف الحيوية والغير حيوية، حيث تقوم المواد الحيوية بالعديد من الوظائف الحيوية في الكائنات الحية، مثل الحماية والنمو والإثارة العصبية، بينما تستخدم المواد الغير حيوية في العديد من التطبيقات كالأغذية والدهانات والأدوات الكيميائية.

هناك العديد من أساليب الكروماتوغرافيا المستخدمة في الكيمياء اللاعضوية، ومن بينها:

1- الكروماتوغرافيا الغازية: وتستخدم في فصل المركبات اللاعضوية التي يمكن تبخيرها والتي تتباين في خواصها الفيزيائية مثل درجة الحرارة والضغط.

2- الكروماتوغرافيا السائلة: وتستخدم في فصل المركبات اللاعضوية التي لا يمكن تبخيرها، والتي تتباين في خواصها الكيميائية والفيزيائية مثل الحجم والشحنة الكهربائية.

3- الكروماتوغرافيا الأيونية: وتستخدم في فصل المركبات اللاعضوية التي تحمل شحنات كهربائية مثل الأحماض الأمينية والأحماض النووية.

4- الكروماتوغرافيا الحجمية الاستبدالية: وتستخدم في فصل المركبات اللاعضوية التي تختلف في الحجم والشكل مثل البروتينات والببتيدات.

5- الكروماتوغرافيا الطبقية الرقيقة: وتستخدم في فصل المركبات اللاعضوية التي تستطيع الانتقال بسهولة عبر الطبقة الرقيقة وتتباين في الحجم والشكل.

ظاهرة الاستبدال في الكيمياء اللاعضوية هي عملية تحلل الرابطة الكيميائية بين جزيئين، حيث يتم استبدال أحد عناصر المركب بعنصر آخر. ويتم ذلك عادةً بإضافة مركب كيميائي آخر يحتوي على العنصر الذي يراد استبداله. وتشمل العوامل التي تؤثر على سرعة ونوعية الاستبدال درجة الحموضة والقلوية ودرجة الحرارة والضغط ونوع المذيب. وتستخدم ظاهرة الاستبدال في تحضير العديد من المركبات الكيميائية، مثل المعادن المركبة والأملاح والأحماض.

تأثير البيئة على الكيمياء اللاعضوية يعتمد على عدة عوامل، منها درجة الحموضة ودرجة الحرارة والضغط وتركيز الأيونات. على سبيل المثال، يمكن أن تؤثر الحموضة على درجة التحلل الحراري للمركبات اللاعضوية، وهذا يمكن أن يؤدي إلى تكوين نواتج تحلل مختلفة. كما يمكن أن يؤثر الضغط على تفاعلات الأوكسدة والاختزال، ومن ثم يؤثر على تكوين المنتجات. بشكل عام، فإن التغيرات في البيئة المحيطة تؤثر على سرعة التفاعل وتوازنه، وبالتالي يؤثر على تكوين المنتجات.