علوم نهم فصل 3 دوره متوسطه اول

زمین را می توان مانند یک سیستم غول پیکر از چرخه های فعال تصور کرد. در هر چرخه، ماده و انرژی از جایی به جایی دیگر منتقل می شود و ممکن است که تغییر شکل دهد. در نهایت ماده و انرژی به جای نخستین خود بازگشته و چرخه از اول آغاز می شود. چرخه ها بر همه چیز در این سیاره تاثیر می گذارند از وضعیت آب و هوا تا شکل مناظر.

چرخه های گوناگونی روی زمین و درون آن وجود دارند تعدادی از مهم ترین آن ها عبارتند از :

١) گردش جوی

٢) جریان اقیانوس ها

٣) انتقال حرارت سراسری

٤) چرخه آب

٥) چرخه سنگ ها

6) چرخه کربن

مولکولهایی که ساختمان موجودات زنده را تشکیل می دهند ، بر اساس عنصر کربن را تشکیل می دهند ، بر اساس عنصر کربن بنا نهاده شده اند . چرخه کربن یک چرخه دایمی از این ترکیبات کربنی در درون دنیای طبیعی می باشد.
مراحلی که از طریق آن گیاهان انرژی موجود در اشعه خورشید را جذب می کنند ، و موجودات زنده انرژی موجود در غذا را آزاد می کنند ، بخشی از چرخه کربن را تشکیل می دهند . در طول پدیده فتوسنتز ، گیاهان کربن موجود در دی اکسید کربن یا (CO2) را از هوا استخراج می کنند . آنها انرژی بدست آمده از نور خورشید را برای ترکیب دی اکسید کربن با هیدروژن بدست آمده از مولکول اب ، استفاده می کنند و مواد مملو از انرژی ، مثل قند را تولید می کنند . حیوانات کربن و انرژی را از طریق خوردن گیاهان یا حیوانات دیگر ، جذب می نمایند

گیاهان و حیوانات انرژی غذا را طی مرحله ای به نام تنفس آزاد می کنند ، که در درون سلول اتفاق می افتداین مرحله ، انرژی لازم برای تمام مراحل زندگی ، مثل رشد و حرکت ، را تامین می کنند . دی اکسید کربن به عنوان مواد زاید این مرحله تنفس ، آزاد شده و به هوا باز می گردد . هنگامی که گیاهان و حیوانات می میرند ،جسد آنها سریعاَ ناپدید می شود . این مسئله به دلیل آنست که آنها توسط کرمها ، قارچها و باکتریهای موجوددر خاک تجزیه می شوند . این موجودات همچنین از طریق تنفس از اجساد در  حال پوسیدن که می خورند ،انرژی کسب می کنند . انها نیز مثل حیوانات و گیاهان روی زمین ، دی اکسید کربن در هوا آزاد می کنند

چرخهٔ کربن چرخه‌ای بیوژئوشیمی (زیست-زمین-شیمی)است که فرایند مداوم ترکیب و آزادسازی کربن و اکسیژن را در میان زیست‌کره، خاک‌کره، آب‌کره، خاک‌سپهر و جو زمین توصیف می‌کند و در آن انرژی و حرارت ذخیره و دفع می‌گردد. همراه با چرخهٔ نیتروژن و چرخهٔ آب، چرخهٔ کربن نیز شامل دنباله‌ای از رویدادها است که باعث برقراری زندگی روی زمین می‌شود. چرخهٔ کربن نقش بسیار مهمی بر اثر گلخانه‌ای و گرم‌شدن زمین دارد، از این‌رو آگاهی یافتن از عملکرد آن، دخالت انسان در آب و هوا را ممکن ساخته و برای اندازه‌گیری تأثیر آن و یافتن پاسخی مناسب برای آیندهٔ زمین امری کلیدی به‌شمار می‌رود..

کربن در طی چرخه‌اش به دو بخش سریع (کوتاه‌مدت) و کند (درازمدت) تقسیم می‌شود. چرخهٔ سریع کربن می‌تواند چند دقیقه تا چند سال را برگیرد؛ در مقابل آن چرخه کند کربن بازهٔ زمانی طولانی‌تری، چندین میلیون سال را دربر دارد. تفاوت اصلی بین چرخه‌های کند و سریع کربن در نوع ذخیره‌سازی و مدت‌زمان آن است.

از آغاز انقلاب صنعتی تاکنون، فعالیت‌های انسان چرخهٔ کربن را به طور مستقیم با اضافه‌کردن کربن به جو زمین تغییر بسیاری داده‌است. استفاده از سوخت‌های سنگواره‌ای، جنگل‌زدایی، تغییر پوشش زمین، آلودگی هوا و خسارت‌های گیاهی جزئی از این تغییرات هستند که تأثیر زیادی روی این چرخه گذاشته‌اند. غلظت کربن دی‌اکسید در جو زمین از سال ۲۰۰۰ تا ۲۰۰۹ به طور سالانه ۲ پی‌پی‌ام در حال افزایش بوده است.

کربن دی‌اکسید در فتوسنتز مورد استفاده قرار می‌گیرد و نیز یک گاز گلخانه‌ای برجسته است. با وجود غلظت نسبتاً کوچکش نسبت به دیگر گازها در اتمسفر بخش مهمی از جو زمین است که اشعه مادون قرمز را در طول موج ۴.۲۶ میکرومتر و ۱۴.۹۹ میکرومتر جذب و ساطع می کند، در نتیجه نقش مهمی در اثر گلخانه‌ای دارد.  سطح فعلی این گاز در اتمسفر بالاتر از هر سطح دیگری در طول تاریخ نسبت به ۸۰۰ هزارسال گذشته و یا احتمالاً حتی ۲۰ میلیون سال گذشته رسیده‌است.

نفت خام و زندگی امروز

نفت خام، مایع غلیظ و سیاه رنگی است.در ابتدای کشف این ماده انسان تمایل چندانی به استفاده از آن  نداشت؛ و  اما شناخت نفت خام به تدریج سبب شد تا استفاده از آن گسترش یابد و در مدت کوتاهی راه روش زندگی انسان  ها تحت تأثیر این مایع سیاه رنگ قرار گیرد؛ به طوری که صنعت حمل و نقل متحول شد و انواع خودروها و هواپیماها پا به عرصه گذاشتند و مسافرت برای انسان بسیار آسان تر گشتnaft.

 

 

 

از سوی دیگر صنایع غذایی، دارویی، بهداشتی و کشاورزی به خوبی رشد کردند. از این رو انسان ها توانستند بر اکثر بیماری ها غلبه کنند یا آنها را به کلی ریشه کن کنند. در نتیجه سطح بهداشت همگانی بالاتر رفت و جمعیت جهان افزایش یافت و فناوری های جدید گسترش پیدا کرد. همه این موفقیت حاصل شناخت و استفاده از نفت خام بود. امروزه نفت خام کاربرد های بسیار گسترده ای یافته است؛ به طوری که رد پای آن داردر همه جا می توان مشاهده کرد

این مایع ، غلیظ و افروختنی به‌رنگ قهوه‌ای سیر یا سبز تیره یا سیاه است که در لایه‌های بالایی بخش‌هایی از پوستهٔ کره زمین یافت می‌شود. نفت شامل آمیزهٔ پیچیده‌ای از هیدروکربن‌هایی گوناگون است. بیش‌تر این هیدروکربن‌ها از زنجیرهٔ آلکان هستند؛ ولی ممکن است از دید ظاهر، ترکیب یا خلوص تفاوت‌های زیادی داشته باشند.

بیشتر دانشمندان منشأ تشکیل نفت را گیاهان و موجودات آلی موجود در اقیانوس‌های اولیه می‌دانند. باقی‌ماندهٔ جانوران و گیاهانی که میلیون‌ها سال قبل (قبل از دایناسورها) در محیط دریا (آب) زندگی می‌کرده‌اند، طی میلیونها سال توسط  گل و رسوبات مدفون شده‌اند و تحت فشار و دمای بالا، نبود اکسیژن و مدت زمان طولانی تبدیل به نفت گردیده و در صورت وجود این شرایط همراه با سنگ مخزن مناسب، نفت به‌مقدار زیاد در حوضچهٔ نفتی جمع می‌گرددtah.

 

 

 

 

نفت خام حالت روغنی دارد و به شکل‌های جامد (قیرهای نفتی) و مایع دیده می‌شود. برخی اوقات به تمام اشکال نفت هیدروکربن نیز گفته می‌شود. اگر نفت در محلی جمع گردد به‌آن محل «حوضچهٔ نفتی»می‌گویند. از مجموع چندین حوضچهٔ نفتی، یک «میدان نفتی» حاصل می‌شود. به‌سنگ متخلخل دربرگیرندهٔ نفت، «سنگ مخزن» می‌گویند.

طور کلی برای بوجود آمدن یک مخزن نفت باید عوامل زیر موجود باشد:

1) مبدا هیدروژن و کربن که از گیاهان و حیوانات زمینی و دریایی مدفون شده در زیر گل و لای در مکانی که زمانی دریا بوده است.

2)شرایطی بوجود بیاید تا این نباتات و حیوانات تجزیه شده و هیدروژن وکربن حاصل از آن با هم ترکیب شوند و نفت و گاز طبیعی را بوجود بیاورند.

3)سنگهای متخلخل وجود داشته باشد تا هیدروکربن بتواند از جائیکه تشکیل شده حرکت (مهاجرت) کند.

4)طبقه غیر قابل نفوذی وجود داشته باشد تا از حرکت بیشتر هیدروکربن جلوگیری کند  و آن را بصورت جمع آوری شده در مخازن نفتی نگهدارد. تقریبا در تمام منابع نفتی مقداری گاز در نفت بصورت حل شده وجود دارد که سبب ذخیره سازی انرژی گاز بصورت انرژی پتانسیل است و در هنگام بهره برداری سبب می شود که نفت به همراه گاز به سطح زمین انتقال یابد. در بعضی مواقع مقدار این گاز آنقدر زیاد است که ضمن آنکه مقداری در نفت حل شده مقدار زیادی بطور گاز ؛آزاد در بالای نفت با فشار زیاد جمع میشود که اصطلاحا کلاهک گاز (gas cap) گویند و بهره برداری نفت با آن خیلی بیشتر از راندن توسط گاز حل شده به تنهایی است.

ترکیب های نفت خام نفت خام مخلوطی از صدها ترکیب به نام هیدروکربن است.  البته همراه نفت خام،  همواره مقداری نمک، آب و گوگرد نیز یافت می شود. هیدروکربن ها از دو عنصر کربن و هیدروژن ساخته شده اند. در هر مولکول هیدروکربن، اتم های هیدروژن با اتم های کربن از طریق پیوندهای کووالانسی به یکدیگر متصل اند. برای نمونه، در متان که ساده ترین هیدروکربن است، هر اتم کربن با 4 اتم هیدروژن پیوند داده است. با افزایش تعداد کربن ها و هیدروژن ها، هیدروکربن های بزرگ تر ساخته می شوند. ویژگی  جوش ٔ آنها بستگی دارد. جدول 1 برخی از هیدروکربن ها و نقطه ٔ هیدروکربن ها به تعداد اتم های سازنده آنها را نشان می دهد.gaval

 

 

نقطه جوش یکی از ویژگی های فیزیکی مواد است که به نیروی ربایش بین ذره های سازنده آنها بستگی دارد. در هیدروکربن ها با افزایش تعداد کربن، نقطه جوش بالاتر است.  هرچه نیروی ربایش بین ذره ها بیشتر باشد، نیروی ربایش بین مولکول ها بیشتر می شود.

جدا سازی اجزای تشکیل دهندۀ نفت خام

دستگاه  تقطیر

 مایع ها  جوش از هم ٔبراساس تفاوت در نقطه جدا می شوند. به طوری که با گرما دادن،  جوش پایین تری دارد، ٔمایعی که نقطه زودتر بخار و از مخلوط جدا می شود. سپس مولکول های بخار شده با عبور از   سرد به مایع تبدیل می شوند و ٔیک لوله از مخلوط دو مایع جدا می شوند.

taghtir

 

 

 

 

 

پالایشگاه نفت یک واحد صنعتی است که در آن نفت خام به مواد مفیدتری مانند گاز مایع، نفت سفید، بنزین، گازوئیل، نفت کوره، آسفالت، قیر و دیگر فراورده‌های نفتی تبدیل می‌گردد. پالایشگاه‌های نفت به‌طور معمول واحدهای صنعتی بزرگ و پیچیده‌ای می‌باشند که در آن‌ها واحدهای مختلف توسط مسیرهای لوله‌کشی متعددی به هم پیوند داده شده‌اند.

نفت به‌ صورت خام یا فراورش نشده خیلی مفید نیست و به‌صورتی که از دل زمین بیرون آمده کاربرد چندانی ندارد. با اینکه نفت شیرین (با لزجت کم و نیز با گوگرد کم) به صورت تصفیه نشده در وسایل محرکه با قوه بخار به کار برده می‌شد، گازها و سایر محلول‌های سبک‌تر آن معمولاً داخل مخزن سوخت جمع شده و باعث بروز انفجار می‌گردید. غیر از مورد گفته شده برای استفاده از نفت، برای تولید محصولات دیگر مانند پلاستیک، فوم‌ها و … نفت خام به‌طور حتم باید پالایش گردد. فراورده‌های سوختی نفتی در گستره وسیعی از کاربردها، سوخت کشتی، سوخت جت، بنزین و بسیاری دیگر موارد استفاده می‌شود. هر کدام از مواد فوق‌الذکر دارای نقطه جوشی متفاوت می‌باشند از این رو می‌توان آنها را توسط فرایند تقطیر از همدیگر جدا نمود. از آنجائیکه تقاضای زیادی برای اجزای مایع سبک‌تر وجود دارد از این رو در یک پالایشگاه مدرن نفتی هیدروکربن‌های سنگین و اجزای گازی سبک در طی فرایندهای پیچیده و انرژی بری به مواد با ارزش تری تبدیل می‌شوند

borjنفت به خاطر دارا بودن هیدروکربن‌هایی با وزن و طول‌های مختلف مانند پارافین، آروماتیک‌ها، نفتا، آلکن‌ها، دین‌ها و آلکالین‌ها می‌تواند در موارد متعددی مفید واقع گردد. هیدروکربن‌ها مولکول‌هایی با طول‌های متفاوت هستند که تنها از هیدروژن و کربن تشکیل شده‌اند، ساختارهای مختلف به آنها خواص متفاوتی می‌دهد. فن پالایش نفت در واقع عبارت است از جداکردن و بالابردن درجه خلوص اجزا تشکیل دهنده نفت از هم.

همینکه اجزا از هم جدا گردیده و خالص شدند می‌توان ماده روغنکاری یا سوخت را به طور مستقیم روانه بازار مصرف کرد. می‌توان با ترکیب مولکول‌های کوچک‌تر مانند ایزوبوتان و پروپیلن و یا بوتیلن سوختی با اکتان موردنظر تهیه نمود. همچنین درجه اکتان بنزین را می‌توان طی فرایند بهسازی توسط کاتالیزور بهبود بخشید که طی آن هیدروژن از هیدروکربن جداشده و هیدروکربن آروماتیکی تشکیل می‌گردد که درجه اکتان بسیار بیشتری دارد. تولیدات میانی برج جداکننده را می‌توان طی پردسه ای به محصولات سبک تری تبدیل نمود. مرحله نهایی در تولید بنزین ترکیب مواد هیدروکربن مختلف با درجه‌های اکتان متفاوت با همدیگر است تا به مشخصات محصول موردنظر دست یابیم.

معمولاً پالایشگاه‌های بزرگ توانایی پالایش از صدهزار تا چندین صدهزار بشکه نفت در روز را دارا می‌باشند. به دلیل ظرفیت بالای مورد نیاز، بسیاری از پالایشگاه‌ها به صورت دائم برای مدت طولانی از چندین ماه تا چندین سال بطور مداوم کار می‌کنند.

پالایشگاه‌های نفت بسته به نوع خوراکی که بر مبنای آن طراحی شده اند دارای پیچیدگی‌های متفاوتی هستند که بر اساس آن میزان و نوع محصولات متفاوتی تولید می‌کنند.

در حدود150 سال پیش اشیایی که انسان از آنها استفاده می کرد، از موادی مانند چوب، سنگ، همه انواع فلز، شیشه یا خاک رس ساخته می شد. الیاف مورد استفاده نیز پنبه، پشم، کتان یا ابریشم بود.   همه داروها و افزودنی های غذایی از منابع طبیعی به دست می آمد، اما امروزه  دانشمندان علوم تجربی   با شناخت  اجزای سازنده نفت و ویژگی های آنها، کاربردهای تازه ای به غیر از سوختن برای برخی از آنها پیدا کرده اند. برای نمونه،   اتن یکی از این مواد است، اتن (اتیلن) گاز بی رنگی است  که به طور طبیعی به وسیله ی برخی از میوه های رسیده مانند گوجه فرنگی و موز آزاد می شود

mive

 

 

 

 

پلی تن، فراورده ای است که طی یک تغییر شیمیایی مولکول های کوچک اتن به مولکول های بزرگ تبدیل می شوند. در این تغییر شیمیایی به دست می آید.

پلی اتن از کنار هم قرار گرفتن مولکول های زیادی از ا ِتِن ایجاد می شود.  با این تفاوت که پیوند دوگانه بین اتم های کربن در اتن می شکند و مولکول های کوچک با پیوند کووالانسی جدید به هم متصل می شوند و زنجیر بلند کربنی را می سازند  این تغییر شیمیایی به پلیمری شدن معروف است.mol

 

 

 

 

 

نفت خام یكی از مهم ترین مواد شیمیایی است كه بیشترین مصرف را در صنایع گوناگون دارد. در این صنایع روزانه حجم بسیار زیادی از نفت خام و فراورده های آن را می سوزانند تا گرما و انرژی تولید كنند. سوزاندن  نفت و سایر سوخت های فسیلی، حجم انبوهی از كربن دی اكسید را تولید می كند و مقدار این گاز را در هواكره به میزان قابل توجهی افزایش می دهد.

gaz

 

 

 

افزایش كربن دی اكسید در هوا كره سبب ایجاد مشكلاتی مانند گرم شدن زمین، آلودگی هوا، ذوب شدن یخ های قطبی و جابه جایی فصل ها شده است. این تغییرها آن قدر شدید است كه زندگی روی كره خاكی را با چالش های جدی روبه رو كرده است.ghotb

 

شاید این مطالب را هم دوست داشته باشید

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *