معرفی فناوری های جدید اندازه گیری کمیت‌های مهم شیمیایی

بهبود دقت اندازه گیری در کمیت های مختلف، یکی از دغدغه های همیشگی بشر بوده است. توسعه فناوری در صنایع گوناگون، باعث شده است تا تجهیزات اندازه گیری نیز پیشرفت بیسار قابل توجهی داشته باشند. دماسنج های دیجیتال، تجهیزات مدرن سنجش شعاع اتمی و اندازه گیری چگالی برخی از دستاوردهای اخیر هستند که در ادامه به بررسی آن ها می پردازیم.

دماسنج چیست

دماسنج یا ترمومتر به وسیله ‌ای گفته می ‌شود که قادر است درجه گرم یا سرد بودن یک جسم را اندازه بگیرد. در سال ۱۵۹۲ اولین وسیله علمی برای اندازه‌ گیری دما توسط گالیله اختراع شد. گالیله یک بطری شیشه ‌ای و گردن باریک را با آب رنگ دار تا نیمه پر کرده و به صورت وارونه در یک ظرف محتوی آب رنگی دیگری قرار داد. با تغییرات دمایی، هوای داخل بطری منبسط یا منقبض شده و در نتیجه ستون آب در گردن بطری، بالا یا پایین می ‌رفت. البته این اختراع گالیله یک دماسنج قدیمی است و و آن را به عنوان دما نما می شناسند نه مقیاس واقعی برای سنجش دما.

از دماسنج های قدیمی دیگر می توان به اختراع دوک فردینالند توسکانی در سال 1635 اشاره نمود. این دانشمند دماسنجی ساخت که در آن از الکل به جای آب استفاده می شد. دیگر دماسنج قدیمی در سال ۱۶۴۰ توسط دانشمندان ایتالیایی اختراع شد. ویژگی این دماسنج استفاده از جیوه در آن بود.

در نهایت فارنهایت دانشمند هلندی توانست دماسنج گازی و الکلی را اختراع کند. دماسنج های قدیمی فارنهایت با دقت اندازه‌گیری بیشتری دمای هوا را اندازه‌گیری می کردند. در سال ۱۷۱۴ این دانشمند بزرگ، موفق به اختراع دماسنج جیوه‌ای با ضریب دقت بالا و درجه بندی خاص شد.

انواع دماسنج های جدید و دیجیتالی

• دماسنج های معمولی یا انبساطی که دارای محدودیت دمایی هستند.
• دماسنج های گازی که با تغییر فشار گاز داخل دستگاه کار می‌کنند.
• دماسنج ترموکوپل دار
• پیرومتر که از آن برای اندازه گیری دماهای خیلی بالا استفاده می شود.
• دماسنج جیوه ای پزشکی که تنها قادر به اندازه گیری دما در بازه 35 تا 42 درجه سانتی گراد است.

دماسنج دیجیتال

دماسنج های دیجیتال از طریق تماس با بدن یا محیط قادر به اندازه گیری دما هستند. دماسنج های دیجیتالی از سریع ترین و دقیق ترین انواع دماسنج به شمار می آیند و به اشکال و اندازه های مختلف ساخته شده و در صنایع مختلف استفاده می شوند.

استفاده از دماسنج دیجیتال

اما طرز استفاده از دماسنج چیست؟ در مورد یک دماسنج دیجیتال به این صورت است که ابتدا درجه آن را صفر کرده و سپس در محل مورد نظر قرار داده می شود. صدای بوق دستگاه نشان دهنده پایان اندازه گیری دما است. انواع دماسنج دیجیتال هر چند وقت یک بار باید توسط ترمومتر جیوه ای به خوبی کالیبره شوند؛ تا درستی اندازه گیری آن ها چک شود.

قیمت انواع دماسنج

انواع دماسنج با توجه به کاربردشان قیمت های مختلفی دارند. معمولا دماسنج های دیجیتالی از انواع معمولی قیمت بیشتری دارند.

شعاع اتمی چیست

هر اتم شامل هسته ای متمرکز و سنگین همراه با بار مثبت است. الکترون ها نیز با بار منفی، در اطراف هسته پراکنده شده اند. هر چه از هسته دور شویم احتمال حضور الکترون نیز کمتر می شود. بنابراین نمی توان مرز مشخصی برای یک اتم بیان کرده و شعاع اتمی (Atomic radius) را اندازه گیری نمود. اما در سال های اخیر شیوه های جدیدی برای اندازه گیری شعاع اتمی ارایه شده است. به طور کلی شعاع اتمی به صورت فاصله هسته اتم تا اوربیتال الکترونی بیرونی تعریف می‌شود.

انواع شعاع اتمی

• شعاع کووالانسی
• شعاع یونی
• شعاع فلزی
• شعاع واندروالسی
• شعاع بور

اندازه گیری شعاع اتمی

با استفاده از روش های طیف سنجی و پراش اشعه ایکس می توان طول پیوند کووالانسی را به دست آورد. شعاع اتمی توسط پاولینگ با شیوه های قدیمی اندازه گیری شعاع اتمی در مولکول های جورهسته اندازه گیری شده است. شعاع اتمی اندازه گیری شده برای پیوند های یگانه برابر با نصف طول پیوند کووالانسی است. اما این موارد زمانی صادق هستند که دو اتم یکسان باشند. اگر اتم‌ها ناجور هسته باشند، طول پیوند دو اتم برابر با مجموع شعاع اتمی دو اتم در نظر گرفته می شود.

شیوه های قدیمی

Wasastjerna شعاع یونی را با در نظر گرفتن حجم نسبی یون ها محاسبه نمود. این حجم نسبی از قطبش پذیری الکتریکی تعیین شده با اندازه گیری ضریب شکست تعیین شده بود. بعد ها نتایج مطالعات وی توسط دانشمندی به نام گلدشمیت توسعه داده شد. هر دو دانشمند یعنی Wasastjerna و گلدشمیت از 132 پیکومتر برای یون O2- استفاده کردند. دانشمند دیگری به نام پاولینگ از بار هسته‌ای موثر برای اندازه گیری فاصله بین یون ها و تناسب آن ها به شعاع آنیونی و کاتیونی استفاده نمود. داده های پاولینگ شعاع اتمی O₂^- را 140 پیکومتر اندازه گیری نمود.

شیوه های جدید

روش پراش اشعه ایکس

کاربرد امواج X جهت اندازه گیری فاصله بین دو هسته موضوعی قابل توجه است. استفاده از امواجX  مشابه با استفاده از سایه اجسام برای پی بردن به شکل و اندازه جسم است. این روش علمی کمک های شایانی به علم شیمی نموده و پراش پرتو X یا کریستالوگرافی با پرتو X نامیده می شود. البته تفسیر داده های حاصل از کریستالوگرافی یا پراش پرتو X بسیار دشوار بوده و در زمینه برهمکنش نور و ماده به اطلاعات کاملی نیازمند است. در یک کریستال یونی فاصله بین دو یون را با کریستالوگرافی اشعه ایکس می توان تعیین نمود.

توجه

کریستالوگرافی اشعه ایکس فاصله بین یون ها را نشان می دهد، اما مرز بین یون ها را مشخص نمی کند. بنابراین روش گفته شده، شعاع یونی را به طور مستقیم اندازه نمی گیرد.

اندازه گیری شعاع اتمی یا یونی را نمی توان از طریق تجربی به صورت دقیق اندازه گیری نمود. بنابراین از روش های نظری و محاسباتی جهت اندازه گیری شعاع اتمی جدید استفاده می‌شود. البته بـا تاثیر دادن عوامل موثر و انجام تصحیح های لازم، مقادیر به دست آمده با این روش ها با مقادیر تجربـی مطابقت داده می شود.

چگالی چیست

جرم ماده به ازای حجم واحد را چگالی (Density) یا دانسیته می گویند. در تعریفی دیگر از چگالی چیست جرم یک سانتی ‌متر مکعب از یک جسم را  چگالی آن جسم در نظر گرفته و باρ  نشان می دهند. چگالی با رابطه ρ=m/V محاسبه می شود. در این معادله، ρ چگالی،m  جرم جسم و V  هم حجم جسم است.

جالب است بدانید که چگالی ماده می تواند با تغییر دما و فشار تغییر کند. البته تغییرات بر اثر فشار و دما در جامدات و مایعات کم بوده اما در گازها بسیار بزرگ خواهد بود. افزایش فشار بر جسم، حجم آن را کاهش داده و بنابراین باعث افزایش چگالی می شود. تنیجه افزایش دما نیز افزایش حجم و کاهش چگالی است.

شیوه و دستگاه های اندازه گیری قدیمی و جدید چگالی

از دستگاه چگالی سنج یا هیدرومتر جهت اندازه گیری سریع چگالی نسبی مایعات استفاده می شود. دستگاه اندازه گیری جدید چگالی به شکل ستونی استوانه ای همراه با یک حباب سنگین شده با جیوه و گلوله های سربی است. اندازه گیری چگالی یکی از اندازه گیری های مهم و کاربردی در صنایع به شمار می آید.

شیوه های قدیمی

از دیرباز محاسبه و اندازه گیری چگالی مواد، مورد توجه دانشمندان زیادی بوده است. ابو ریحان بیرونی یکی از همین دانشمندان است. او برای محاسبه چگالی دستگاهی طراحی نمود که امروزه هم در آزمایشگاه های مختلف گاهی از آن استفاده می شود.

دستگاه ابوریحان بیرونی بر اساس اصول اساسی هیدروستاتیک بنا شده است. لازم به ذکر است که وقتی یک جسم در آب شناور می شود، از وزن آن جسم به اندازه وزن آب هم حجم آن جسم کاسته می شود .شیوه اندازه گیری قدیمی چگالی ابوریحان بیرونی بسیار دقیق و در حدی بود که اندازه های به دست آمده با اندازه های حاصل از دستگاه های اندازه گیری جدید و پیشرفته امروزی مطابقت خوبی دارد.

روش های جدید

متناسب با نوع ماده، هدف از اندازه گیری و نوع محیط می توان از دستگاه های اندازه گیری چگالی مختلفی استفاده نمود. در ادامه به برخی از دستگاه های جدید اندازه گیری چگالی اشاره شده است.

• لاکتومتر
• ساکارومتر
• الکل متر
• ترمو هیدرومتر

قیمت خرید و فروش دستگاه های اندازه گیری چگالی

قیمت چگالی سنج ها به دلیل فراوانی در انواع آن ها مقادیر متفاوتی را شامل می شود. معمولا قیمت چگالی سنج های ساخت داخل از انواع خارجی کمتر است. در هنگام خرید دستگاه چگالی سنج به گارانتی و خدمات پس از فروش آن دقت نمایید.