miercuri, 10 noiembrie 2010

Fierul

Fierul este un element chimic metalic, cu numarul atomic 26 si simbolul Fe. In tabelul periodic al elementelor el se plaseaza in prima serie de tranzitie, intre mangan si cobalt. Proprietatile lui chimice sunt asemanatoare cu cele ale cobaltului. Metal greu, de culoare cenusie ( alb-lucios, in stare pura, este maleabil ( poate fi lesne modelat), ductil ( poate fi tras in fire subtiri; aurul este cel mai ductil metal; cu un gram de aur se poate imbraca un cal cu calaret cu tot), un bun conducator de caldura si de electricitate. Se oxideaza in aer umed, cu formarea de rugina. Varietatile tehnice de fier sunt aliaje ale fierului, in primul rand cu carbonul ( fonte si oteluri). Industrial se obtine in furnale inalte, prin reducerea oxizilor de fier. Este cunoscut din timpuri stravechi, descoperirea lui indeplinind un rol deosebit in dezvoltarea materiala si culturala a societatii omenesti ( epoca fierului). Din cauza ca este expus extrem de tare coroziunii ( degradare exercitata de oxigenul din aerul umed sau de diverse substante chimice), mai ales in stare pura, au fost gasite putine obiecte vechi, modelate, in comparatie cu cele din aur, argint sau cupru.
Importanta fierului nu se limiteaza numai la tehnologe. Fierul este indispensabil in mentinerea vietii la scara celulara. In cazul vegetalelor superioare el este indispensabil in formarea clorofilei ( pigment al plantelor verzi, care are rolul principal in procesul de fotosinteza), chiar daca nu face parte din compozitia insasi a pigmentului. In mediile naturale, rolul geobiologic al fierului este esential, el participand la evolutia pedologica a principalelor soluri. La om el se localizeaza mai ales in sange, in cazul in care cantitatile de metal aduse prin alimente intrec nevoile, eliminarea lui este minima, organismul "economisind fierul". Explicatia rolului extrem de important al fierului consta in aceea ca el face parte din compozitia substantelor necesare vietii: hemoglobina ( transportorul oxigenului), citocromul ( transportorul electronilor in reteaua respiratorie), enzimele heminice ( catalaze, peroxidaze).
Pentru extragerea fierului metalic din mineralele in care se afla, in special in stare de oxid feric ( Fe2O3), trebuie separat fierul de oxigen. Aceasta disociere este realizata la temeperatura ridicata printr-un tratament de reducere prin carbon. Metalul se satureaza atunci cu carbon, punctul sau de topire este coborat si el se aduna in stare lichida; aceasta este fonta. Ultima este supusa operatiei de rafinare, pentru eliminarea pe cat mai posibil a carbonului si a altor impuritati continute in mineral ( mai ales siliciu,mangan, sulf si fosfor). Cea mai mare parte a acestor elemente dispare prin oxidare. Aceasta este realizatala temperatura inalta, in faza lichida, fie prin suflaj in convertizoare Thomas sau Bessemer, fie prin contact cu oxidul de fier pe o vatra incalzita, in cuptoare Martin sau in cuptoare cu arc electric. Produsul final, otel sau fier moalem curge in forme, ca lingouri sau bilete ( tagle). In momentul actual, in toata lumea, se produc milioane si milioane de tone de otel.
Fierul industrial nu este niciodata pur. Produsul brut este fonta, produsa in furnale inalte ( metoda antica, a furnalelor scunde, permitea o obtinere directa a fierului, dar in cantitati mici); ea iese lichida din creuzet si este turnata in forme. Datorita rezistentei mari la presiune ( de 60 de ori mai mare decat a calcarului), fonta este utilizata ca suport: piliere, coloane; se mai fac din ea elemente decorative, fiinca se toarna usor. Fierul, obtinut prin decarburarea fontei ( eliminarea carbonului), in cuptoare, prin pudlaj ( un anumit procedeu de a obtine fier, otel), este maleabil, elastic si rezista bine la tractiune. In consecinta, el inlocuieste lemnul in sarpante si la plansee ( elemente ale constructiilor de cladiri). Otelul obtinut printr-o anumita rafinare, este mult mai omogen decat fierul, iar rezistenta sa la tractiune este de doua ori mai mare, ba chiar 3, in cazul otelurilor aliate. In toate cazurile in care este necesara reducerea structurilor de rezistenta, de mai mult de un secol, incetul cu incetul otelul a inlocuit fierul.
In linii foarte mari, dam o clasificare a otelurilor: aliaj fier-carbon cu continutul de 0,04-1,7% carbon - otel carbon; pana la 2,2% carbon - otel aliat, acel otel care, pe langa carbon, mai contine o serie de elemente de aliere ( crom, nichel, wolfram, vanadiu etc.), pentru a-i imbunatati proprietatile: sunt oteluri slab aliate ( cu pana la 5 % elemente de aliere) si oteluri inalt aliate ( cu 5% - 30% elemente de aliere). Apoi exista otel rapid ( foarte dur, duritate ce se mentine si la 500 - 600 grade Celsius - folosit la confectionarea sculelor); otel inoxidabil(rezistent la coroziune chiar in medii puternic oxidate si la temperaturi ridicate); otel profilat ( bare de otel obtinute prin laminare si avant sectiunea in forma de patrat, triunghi, cerc, L,T, I, U, Z si altele); otel beton ( folosit in confectionarea armaturilor elementelor de constructie din beton armant).
In zilele noastre viata pare imposibila fara otel. De la tine ( cuie foarte mici) si suruburi, pana la poduri lungi de cativa kilometri, fara suporturi intermediare, industria contructiilor nemaiputand sa existe fara otel ( macarale, cupole, turnuri ( Eiffel), zgarie-nori), in toate fierul si derivatele lui, prelucrate in cele mai fine masinarii, au devenit indisepensabile omului.

joi, 22 octombrie 2009

Fibrele Sintetice

Fibrele sintetice au fost obtinute, prin filare, din solutii sau din topituri ale polimerilor sintetici , in scopul inlocuirii fibrelor naturale, mai scumpe si care nu puteau fi produse in cantitate suficienta pentru asigurarea necesitatilor societatii omenesti.
Descoperirea matasii sintetice a fost facuta abia la sfarsitul secolului al XIX-lea. In anul 1885, cu sprijinul concernului Courtaulds, trei chimisti englezi: Ch. F. Cross ( 1855 - 1935), E. J. Bevan ( 1856-1921) si Cl. Beadle au demarat cercetarile privind obtinerea din celuloza a matasii artificiale neimflamabile. La inceput a lucrat in acest colectiv si chimistul roman Lazar Edeleanu ( 1861-1941).
Brevetul pentru producerea primei matasi artificiale, numita viscoza, a fost inregistrat in anul 1892. Productia de viscoza pornind de la celuloza, a crescut vertiginos de la 207 000 tone, in 1930, la 2 605 000 tone, in anul 1980, pretul acesteia scazand sub un sfert din cel al lanii.
Una dintre cele mai mari descoperiri ale secolului in acest domeniu, care a revolutionat industria textila, a fost fibra sintetica cunoscuta sub numele de nailon. Descoperirea nailonului este opera chimistului american Walace Hume Carothers ( 1896 - 1937). Carothers obtine in anul 1931, in eprubeta, un polimer nou, deosebit de valoros, pe care-l breveteaza sub numele de nailon (6.6). Cifrele 6.6 provin de la cei 6 atomi de carbon ai acidului adipic si de la sinteza. Noua fibra prezenta calitati cu totul deosebite. Avea luciul matasii naturale, o elasticitate mult superioara acesteia si o rezistenta mecanica cu totul exceptionala.
Carothers este numit directorul cercetarilor chimice la marele concern DuPont si are la dispozitie sume mari pentru trecerea de la stadiul de laborator la productia industriala a nailonului. Abia dupa 6 ani, in anul 1937, intra in functiune prima instalatie pilot. Fabricarea industriala incepe in 1938. DuPont lanseaza primii ciorapi de dama, de nailon. Pentru punerea la punct a procedeului de dolari s-au cheltuit 100 milioane de dolari.
In 1938, chimistul german P. Schlack, care lucra la concernul I. G. Farben, inregistreaza un brevet pentru o fibra asemanatoare, care s-a fabricat sub numele de perlon. Este o fibra poliamidica, obtinuta prin polimerizarea caprolactamei. Fibra a aparut tarziu pe piata, abia in anul 1946, datorita razboiului.
In Marea Britanie, chimistii de la concernul Imperial Chemical Industries (ICI), J.R. Whinfield si J. T. Dickson, realizeaza, in laborator, o noua fibra pe baza de poliester. Aceasta noua fibra, care avea sa faca o concurenta puternica nailonului, a fost lansata pe piata sub numele de terilena ( in Anglia), tergal ( Franta) si trevira in Germania.
Dupa cercetari sistematice, chimistul H. Reus, de la concernul DuPont, breveteaza o noua fibra in anul 1946: fibra acrilonitrilica, sub denumirea de orlon, care apare pe piata americana in 1950. In 1954, uzinele Bayer fabrica in Germania aceasta fibra sub denumirea de dralon.
Cele trei fibre sintetice mentionate mai sus reprezinta 90 % din productia mondiala de fibre artificiale. Aceste fibre se fabrica si in tara noastra. Fibra poliamidica perlon se fabrica sub numele de relon, fibrele poliesterice se fabrica sub numele de tergal, iar fibrele poliamidice sub numele de melana.

Farul maritim

Farul este o constructie speciala sub forma de turn, amplasata la malul marilor sau oceanelor, in zona apelor putin adanci; el este prevazut cu un sistem de iluminare la varf, spre a servi drept ghid pentru nave. Cel mai vechi far este celebrul far din Alexandria ( una din cele sapte minuni ale lumii), construit la inceputul primului mileniu al erei crestine ( sec al III -lea) de catre Sostratos din Cnidos, la porunca regelui Ptolemeu Filadelful. Acest far avea trei etaje si o inaltime de 110 m. Farul a fost inaltat pe insula Pharos, din fara orasului port Alexandria, din Egipt. De aici provine si numele generic de far.
In primele secole ale erei crestine fenicienii si romanii au construit numeroase faruri pe tarmurile Marii Negre, de-alungul Mediteranei, pe coastele Oceanului Atlantic si pe insulele britanice. Dupa caderea imperiului roman, care a atras dupa sine declinul navigatiei, nu s-au mai construit faruri maritime.
O data cu reinvierea schimburilor comerciale, incepand cu secolul al XII-lea, francezii, italienii precum si germanii, prin liga hanseatica ( asociatie comerciala occidentala din Evul Mediu), au construit numeroase faruri. La sfarsitul secolului al XIV-lea, circa 30 de faruri marcau coasta Europei.
Farurile de constructie moderna au inceput sa fie date in exploatare la inceputul secolului al XVII-lea. Farurile erau initial construite din lemn, asa ca furtunile le distrugeau adeseori. Primul far din piatra a fost construit in Anglia, in anul 1759, de catre inginerul englez John Smeaton ( 1724-1792). In anul 1820 se aflau in lume 250 de faruri mari.
Betonul si otelul au fost folosite la construirea farurilor abia la inceputul secolului al XX-lea. Noile faruri au structuri din otel.
Lumina farurilor era , initial, furnizata de focurile cu lemne, cu carbuni, de tortele cu rasini, apoi lampile cu seu sau grasimi vegetale. Uleiul de peste a fost folosit incepand cu sfarsitul secolului al XVIII-lea. Aparitia lampilor ce utilizau gazul lampant, evitandu-se innegrirea ferestrelor, a permis introducerea lentilelor prismatice si reflectoarelor care concentrau lumina la o intensitate comparabila cu cea a unui far de automobil. Reflectoarele parabolice au introduse in anul 1791, iar farul cu lentila Fresnel a aparut in anul 1823.
Un dispozitiv revolutionar de rotire a lampii care proiecteaza lumina concentrata a fost inventat in aceeasi perioada.
In secolul al XX-lea s-au introdus lampile cu benzina si cele cu acetilena. Acetilena este folosita chiar si acum, deoarece este ieftina, simpla si comoda in exploatare.
Ca urmare a perfectionarii lampilor electrice in anii '20, farurile au fost echipate cu lampi cu arc electric, care dau intensitati de pana la 500 milioane de candele. Prin perfectionarea ulterioara a lentilelor si reflectoarelor s-au obtinut intensitati luminoase de cateva sute de mii de candele, pornind de la un bec de 250 de wati.
Recent s-au introdus mapi flash, adica lampi similare bliturilor fotografice, care emit regulat pulsuri de radatie luminoasa foarte intensa.
Recunoasterea exacta a pozitiei geografice si identificarea locului cu ajutorul farului este posibila datorita semnalelor luminoase emise, diferind prin culoare, durata si succesiune, ce respecta anumite coduri cunoscute de navigatori.
In trecut, cand vremea era neprielnica si farul se afla in ceata, navele erau avertizate, prin batai de clopot sau prin lovituri de tun. In vremurile noastre, farurile sunt echipate cu emitatoare radio si cu sisteme de reflectare a semnalelor radar ale navelor. Navigatia moderna, cu sistemele radar, a redus considerbail importanta farurilor.
Un exemplu tipic de far este farul de la Saint-Mathieu din Franta, situat la 12 Km vest de intrarea in portul Brest. A fost construit in anul 1740, fiind inzestrat cu 70 de oglinzi de reverberatie. In anul 1821 s-au montat 8 reflectoare speciale cu lampi Argand. Turnul actual, reconstruit in anul 1825, are 37 m inaltime si emite cate un puls de lumina alba la 15 secunde. Lumina acestui far bate pana la 29 mile ( 50 km).
Marile faruri aflate azi in functiune in intreaga lume sunt complet automatizate si chiar computerizate, fiind dotate cu echipamente care analizeaza starea vremii , transmit prin radio informatiile asupra acesteia si care poseda chiar si echipament pentru combaterea cetii.

Evolutionismul


In sens general, termenul evolutionism inseamna conceptia potrivit careia Universul, Pamantul, fiintele, vii, societatea... trec printr-o evolutie ( dezvoltare) istorica si sunt privite din punct de vedere ale acestei dezvoltari. In sens mai restrans, evolutionism inseamna teoriile lui Lamarck, Darwin s.a.m.d.p. despre evolutia speciilor de plante si animale, despre transformarea lor in unele in altele; se mai cheama si transformism, spre deosebire de fixism. Sub acest aspect vom aborda evolutionismul, pe care nici Lamarck si nici Darwin nu-l numeau astfel.
Notiunea de evolutie biologica a prins contur odata cu scrierile naturalistului francez Jean-Baptiste de Monet, cavaler de Lemarck ( 1744-1829), reprezentativa in acest sens fiind Filosofia zoologica, aparuta in anul 1809. Ideile, vagi si imprecise ale predecesorilor, nu pareau sa fi influentat deloc conceptia evolutionista a lui Lamarck. Savantul francez a creat primul sistem evolutionist de clasificare a animalelor si a plantelor. El admitea ca fiintele sunt repartizate de-a lungul unei serii unice. Lamarck admitea influenta climatului ( imprejurarilor) si a mostenirii caracterelor dobandite. El mai admitea ca animalul care simte o nevoie isi poate dezvolta un organ care sa-i permita satisfacerea nevoii. Insa, dupa Lamarck, motorul esential al evolutiei este o tendinta spontana a vietii de a dezvlta forme mai complexe de organizare. Actionand singura, aceasta tendinta ar produce succesiv toate fiintele seriei, de la cea mai simpla fiinta, pana la cea mai complexa. Imprejurarile tulbura aceasta dezvoltare liniara si sunt raspunzatoare de complexitatea cvasidezordonata a multimii de forme vii.
Combatuta si impiedicata de Georges Cuvier ( 1769 - 1832), zoolog si paleontolog francez, partizan al invariabilitatii speciilor, teoria biologica a lui Lamarck nu a avut succes.
In anul 1858, doi naturalisti englezi, Charles R. Darwin ( 1809-1882), de 49 de ani, si Alfred R. Wallace ( 1823 - 1913), de 35 de ani, dupa efectuare unor lungi voiaje dincolo de tropice, au propus, independent unul de altul, o teorie care explica generarea de noi specii atat animale, cat si vegetale, prin descendenta directa si continua. Din indivizii care-si modifica insusirile nu raman decat cei mai bine adaptati intamplator conditiilor; selectia naturala este agentul formator al noilor specii. Savantii englezi Ch. Lyell ( 1797-1875) si J. Hooker ( 1817-1911) au prezentat, la Linnean Society of London, un text redactat in comun de Darwin si Wallace, intitulat On the Tendancy of Species to Form Varieties and the Perpetuation of Varieties and Species by Natural Selection ( Tendinta speciilor de a forma varietati si perpetuarea varietatilor si speciilor prin selectie naturala). Deoarece Wallace, dand dovada de o modestie exemplara, s-a plasat pe lucrare ca autor, dupa Darwin, ultimul a ramas pentru toata lumea si pentru posteritate parintele evolutionismului.
In 1859, Darwin a publicat prima editie a cartii On the Origin of Species by Means of Natural Selection, on the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life ( Originea speciilor prin selectie naturala sau pastrarea raselor favorizate in lupta pentru existenta), cunoscuta mai apoi sub numele prescurtat Originea speciilor. In ea propunea mecanismul care permite explicarea istoriei vietii fara vitalism si fara finalitate; selectia naturala.
La aparitia cartii, succesul a fost enorm, iar din diverse motive si scandalul pe masura. In ciuda precautiilor luate, era combatuta teoria creationosta. Darwin contrazicea Bibila, in care sta scris ca Dumnezeu a creat plantele si animalele, fiecare cu specia sa, cartea avand in acest fel, fara intentie, valoare anti-religioasa. Aplicand ceva mai tarziu, aceleasi idei si asupra originii omului, el contrazicea legenda creatiei lui Adam si a Evei. Atacat de teologii crestini, aparat de liberi-cugetatori, evolutionismul a devenit o doctrina atee, condamnata si dezaprobata ca atare. Inca si azi rar sunt opuse una alteia transformismul si crestinismul.
Apraritia mai multor teorii, printre care si cea a biologului german August Weismann ( 1834-1914), in 1892, care nega posibilitatea transmiterii prin ereditate a caracterelor dobandite, redescoperirea, in 1900, a legii lui Mendel ( Gregor Johann Mendel: 1822-1884, monah si botanist austriac), care descoperise ca transmiterea caracterelorereditare se face potrivit dominantei, segregarii si asortarii independente a caracterelor, enunatarea teoriei mutatiilor , de catre botanistul olandez Hugo de Vries ( 1848- 1935), in 1901, care sustinea ca mutatiile se produc fara interventia selectiei, toate acestea au tulburat profund acel echilibru instabil, divizand biologii in multe scoli si provocand o criza a transformismului, care a durat pana in preajma celui de al doilea razboi mondial.
Ulterior, nenumarate probe dovedeau veridicitatea teoriei evolutioniste. Asa ca evolutionismul nu mai constituie de mult o ipoteza, ci este un fapt. Nici un biolog nu mai neaga teoria, mai sunt numai unele secte religioase care n-o accepta. Probele paleontologice ( paleontologia este stiinta care se ocupa cu studiul organismelor fosile - resturi sau urme de organisme animale ori vegetale, conservate in roci), care dau o imagine asupra ceea cea fost evolutia reala de-alungul timpului, sunt cele mai importante. Fizicienii si chimistii au oferit paleontologilor tehnicile care permit sa dateze fosilele. S-a constatat ca in general cele doua regnuri, atat animal cat si vegetal, sunt plasate in straturi succesive, de la forme simple, la forme din ce in ce mai complexe. Sunt si alte genuri de probe.
Teoria sintetica, actuala numita uneori neodarwinism, care este mai degraba o sinteza a teoriilor de mai sus, afirma caracterul inevitabil al aparitiei structurii vii si considera drept factori fundamentali ai evolutiei mutatiile genetice, migratia de populatii, procesele genetice intamplatoare si selectia naturala, contestand ereditatea caracterelor dobandite si interventia directa a factorilor de mediu.

duminică, 24 mai 2009

Electromagnetismul

Electromagnetismul este o ramura a fizicii care studiaza campul magnetic produs de sarcinile electrice in miscare, actiunea campului magnetic asupra curentului electric, undele electrice si cele magnetice, fenomenul inductiei electromagnetice etc., cu aplicatii in: producerea energiei electrice, utilizarea energiei ( motoare, iluminat), unde electromagnetice ( care grupeaza radiatiile gamma, radiatiile X, radiatiile ultraviolete, lumina vizibila, radiatiile infrarosii si undele radio-electrice). Materia fiind compusa din particule incarcate pozitiv ( nuclee atomica) si negativ ( electroni), se poate spune ca electromgnetismul se infla in prezent in cea mai intima zona a materiei.
Inca de la inceputul secolului al XVIII-lea, savantii au inceput sa fie preocupati sa afle daca exista vreo legatura intre electricitate si magnetism. Un raspuns pozitiv a dat fizicianul danez Hans Christian Oersted ( 1777-1851), in 1820, cand a observat un ac magnetizat ( mobil pe un pivot), deasupra caruia era plasat un fir metalic, paralel cu acul, paraseste directia, meridianul magnetic, pentru a se aseza perpendicular fata de fir, cand prin acesta trece un curent electric. Un an mai tarziu , fizicienii francezi Jean-Baptiste Biot ( 1774-1862) si Felix Savart ( 1791-1841) au stabilit ca forta ce actioneaza acul este invers proportionala cu distanta dintre fir si ac.
Din acest fenomen, renumitul savant francez Andre Marie-Ampere ( 1775-1836) a dedus un ansamblu de principii care defineau calitativ si cantitativ campul magnetic creat de un curent. Observand magnetizarea fierului de catre curenti, Francois Arago ( 1786-1853) a inventat electromagnetul.
Michael Faraday a descoperit, in 1830, curentii de inductie, care iau nastere in conductorii plasati intr-un camp magnetic variabil sau in conductorii care se deplaseaza in camp magnetic. Aplicatiile acestei descoperiri constituie intreaga industrie electrica ( generatoare de curent continuu si alternativ, iluminatul, motoarele, transportul energiei la mare distanta, transformatoarele). Faraday a creat cuvintele electroliza, catod, anod, ioni.
La mijlocul secolului al XIX-lea, teoreticienii din stiinta fizicii cautau sa stabileasca o teorie mecanica a electricitatii si a magnetismului, insa ei s-au lovit de existenta ( presupusa) a unui mediu, care, in functie de caz, putea fi absolut fluid sau complet solid; acest mediu a fost numit eter.
O contributie in acest domeniu a adus fizicianul englez James Clerk Maxwell ( 1831-1879), propunand o teorie revolutionara prin care a unit campul electric si campul magnetic, prevazand in acest fel existenta undelor electromagnetice. Maxwell a creat o formulare matematica completa ( ecuatiile lui Maxwell) a ansamblului fenomenelor electromagnetice; aceste ecuatii permit sa se arate ca marimile electromagnetice se propaga; in aer sau in vid viteza corespunzatoare a fost determinata experimental inca din timpul lui Maxwell, foarte aproape de viteza masurata a luminii. Acesta a fost cel mai bun argument pentru a identifica lumina cu o unda electromagnetica.
Au urmat apoi descoperirea ionilor, a radiatiilor ( catodice, Rontgen- numite si x), punerea in evidenta a undelor prevazute de Maxwell ( de catre Heinrich Hertz [1857-1894]); au fost create de teorii care prevedeau desfasurarea fenomenelor electromagnetice: a lui Hendrik Antoon Lorentz ( 1853 - 1928), a lui Pierre Currie ( 1859 -1906), a lui Albert Einstein ( 1879 - 1955), a lui Paul Langevin ( 1872 - 1946), a lui Niels Bohr , a lui Arnold Sommerfeld ( 1868 -1951), a lui Max Planck ( 1858 - 1947), a lui Louis de Broglie ( 1892 - 1987), si a lui Paul Dirac.
In sec al XX-lea, centralele termice, cele hidraulice, cele maremotrice sau cele nuclearo-electrice se dezvolta in numeroase tari si se cerceteaza transformarea directa a energiilor solara, chimica, atomica in energie elctrica. Aplicatiile electromagnetismului, s-au tinut lant, incepand cu sfarsitul veacului trecut. Dupa telefon si telegraf ( cu fir si fara fir), au urmat osciloscopul catodic, tubul de televiziune ( iconoscopul lui Zvorykin), microsocopul electronic, microscopul protonic .
Electromagnetismul constituie una dintre cele mai importante parti ale electricitatii ca ramura a fizicii, iar istoria electromagnetismului ca si cea a stiintei in general, nu se opreste odata cu zilele noastre, ea oferind un camp vast de cercetare pentru viitor.

joi, 14 mai 2009

Electroliza

Electroliza este descompunerea unei substante chimice aflate in solutie sau in stare topita ( electrolit), cu ajutorul curentului electric. Ea este un proces invers fata de pila, care furnizeaza energie electrica prin intermediul reactiilor electrochimice care se produc in ea. Celula de electroliza este sediul unor procese de oxidoreducere ( adica reactia formata dintr-o reactie de oxidare si o reactie de reducere, care au loc concomitent, datorita unui transfer de electroni intre substanta care se oxideaza si substanta care se reduce) ce au loc sub efectul unui curent produs de un generator exterior.
Celula de electroliza contine neaparat un mediu conductor ( electrolitul solvit - solutie sau topit), in care sunt introdusi doi electrozi, catodul si anodul. Catodul constituie sursa de electroni si este in consecinta sediul reactiilor de reducere. Invers, anodul capteaza acesti electroni si are proprietati oxidante fata de mediu. Solutia conductoare contine purtatori de sarcina, numiti cationi, daca sarcina lor este pozitiva, si anioni, in cazul invers. Sub efectul campului electric produs de curentul de electroliza, ionii ( cationii si anionii) tind sa migreze: cationii spre catod si anionii spre anod ( aceasta proprietate a servit la definirea lor).
In timpul electrolizei are loc un transfer de substanta din masa electrolitului catre electrozi, proces care se produce prin difuzie ( patrundere a moleculelor catre electrozi, proces care se produce prin difuzie ( patrundere a moleculelor unui corp in masa altui corp) si convectie ( aici, cu sensul de deplasare a particulelor - eventual incarcate electric - ale unui fluid). Asa cum a aratat inca Michael Faraday ( 1791-1867), care a stabilit si legea respectiva, prin electroliza nu se produc transformari chimice decat la suprafata electrozilor. Pe ei se poate depune sau nu ( in functie de natura electrolitului) substanta. Electroliza are foarte multe aplicatii in metalurgie. Cea mai raspandita este obtinerea electrolitica a cuprului si a aluminiului. Cuprul, care se obtine prin topirea minereului, este de obicei amestecat cu niste sulfuri. Din acest fel de cupru se confectioneaza anodul; ca electrolit serveste o solutie de acid sulfuric, pe catod depunandu-se cuprul absolut pur. Aluminiul este obtinut in intregime prin electroliza sarurilor lui topite. In acest caz, consumul de energie electrica este foarte mare. O alta aplicatie este galvanoplastia. Un obiect sau un model al lui , din ceara ori material plastic, este acoperit cu grafit, pentru a conduce curentul electric. Acest obiect serveste drept catod pentru electroliza sulfatului de cupru, ca anod servind o placa de cupru. Pe model se depune un strat de cupru, a carui grosime depinde de durata electrolizei. Acest strat poate fi desprins de model. Pe acelasi principiu se bazeaza nichelarea.
In sfarsit, mai pomenim ca electroliza se utilizeaza la obtinerea clorului, hidrogenului, a unor straturi subtiri, izolatoare etc...

duminică, 26 aprilie 2009

Electricitatea

Stiinta electricitatii s-a constituit incetul cu incetul, pornind de la simple observatii ale fenomenelor din natura. Printre primele observatii relative la ceea ce mai tarziu s-a numit electricitate , trebuie citate fulgerele, trasnetele ( care produceau incendii) aurorele boreale, atractia dintre anumite substante ( pietrele magnetice sau chihlimbarul - caruia i se mai spune si ambra).
Tales din Milet ( 625-547 I.H.r.), cel mai in varsta dintre cei sapte intelepti ai Greciei, fondatorul scolii ioniene, cunostea proprietatile chihlimbarului frecat de a atrage corpurile usoare, datorita "sufletului" pe care-l avea aceasta materie. Tot din antichitate se cunostea proprietatea pietrei de Magnesia de a atrage fierul. Aceasta insusire a magnetitei se materializase si intr-o alta aplicatie: busola.
Otto von Guericke ( 1602-1686), primar al orasului Magdeburg ( Germania), a extins studiul fenomenului de atractie prin frecare la un mare numar de corpuri ( safir, rubin, ametist); el a creat prima masina capabila sa produca electricitate ( statica), cu ajutorul unui glob de sulf: acesta era frecat atunci cand era supus unei miscari de rotatie in jurul unei axe care-l traverseaza. Cu acest aparat producea scantei asemanatoare fulgerelor de pe cer.
Ajunsi in secolul al XVII-lea, se poate trage numai o concluzie asupra observatiilor si experientelor: o singura aplicatie a vazut lumina zilei - busola; se stabilise deja faptul ca electricitatea statica si magnetismul sunt distincte; se manifestasera primele efecte ale trecerii electricitatii prin gazele rarefiate - o anumita luminozitate; in fine, rezultatele obtinute nu constituia decat curiozitati, ca sa nu spunem simple amuzamente; nu se incerca inca realizarea unei teorii.
Cu Stephen Gray ( 1670-1736), fizician englez, a fost strabatuta o noua etapa; acest savant a aratat ca se poate transporta "calitatea electrica" prin fire de matase, apoi de metal, chiar prin corpul uman si prin alte substante care nu au acea "calitate". Ba chiar se poate electriza un corp fara a fi in contact cu altul electrizat ( electrizare prin influenta), corpurile fiind impartite in unele conducatoare de electricitate ( conductori) si altele neconducatoare ( izolatori sau dielectrici).
Mai trarziu, fizicianul francez Charles Francois de Cisternay du Fay ( 1698-1739) a pus in evidenta doua forme de electricitate: cea care se obtine prin frecarea corpurilor transparente, ca sticla sau cristalul, si cea care provine din corpurile bituminoase sau rasinoase, cum ar fi chihlimbarul sau copalul ( rasina asemanatoare chihlimbarului). Prima a fost numita "electricitate vitroasa", iar cea de a doua - "electricitate rasinoasa".
La mijlocul veacului al XVIII-lea se admitea asadar existenta unui fluid electric care se propaga prin conductori si care se putea acumula in anumite aparate, numite azi condensatori. Pentru Benjamin Franklin (1706-1790), om politic, fizician si publicist america, "materia electrica consta din particule extrem de subtile, deoarece ea poate patrunde in materia obisnuita, chiar in cele mai dense metale".
Primele masuratori in privinta electricitatii se datoreaza lui Henry Cavendish ( 1731-1810), in Anglia, si lui Charles de Coulomb ( 1736-1806), in Franta. Cei doi experimentatori au aratat ca fluidul electric "inchis" intr-un corp se imprastie totdeauna la suprafata sa. Notiunea de capacitate a unui conductor este datorata lui Cavendish, iar ideea directa, care scoate in evidenta cercetarile sale de cele ale predecesorilor si contemporanilor, o constituie notiunea de grad de electrizare ( potentialul de mai tarziu). La randul sau, prin masuratori efectuate cu balanta de torsiune, Coulomb a aratat ca forta ( de atractie sau de respingere) ce se exercita intre doua corpuri electrizate este invers proportionala cu patratul distantei dintre ele.
Aceasta analiza a electricitatii statice nu a avut repercusiuni practice. Insa, in 1746 , Louis Guillaume Le ( 1717-1799) a obtinut un "curent electric" temporar, intr-un conductor lung, pe care-l conectase la armaturile unei butelii de Leyda, si a observat ca "viteza materiei electrice care parcurge un fir de fier este aproape de trei ori mai mare decat cea a sunetului"( care este de aproximativ 340m/s).
In 1791, Luigi Galvani ( 1737-1798), fizician si medic italian, observa contractiile membrelor unei broaste, prin punerea unui arc de metal intre doua parti ale trunchiului, a tras concluzia ca nervii si muschii sunt incarcati cu electricitate de semne contrare, ca armaturile unei butelii de Leyda, insa el a ramas la conceptia de "electricitate animala".
Descoperirile pilei electrice, in 1800, de catre fizicianul italian Alessandro Volta ( 1745-1827) a constituit o adevarata revolutie in acest domeniu al fizicii. Electricitatea, pana atunci statica, devenea dinamica. Fenomenele electrice nu mai constituiau niste curiozitati, cercetarile fundamentale avand ocazia sa se dezvolte, fiindca oricine putea produce curent pentru mult timp. Aplicatiile deveneau tot mai numeroase, era deschisa calea pentru utilizarea electricitatii in scopul generarii de lucru mecanic, de caldura, de lumina.
Studiul fenomenelor electrice constituie unul dintre fundamentele descrierii Universului: aceste fenomene sunt prezente peste tot: fortele care actioneaza in interiorul intregii materii, intre neutroni si nuceele atomice, sunt de natura electrica; lumina, contrar aparentelor, este o unda electromagnetica.

Copyright  2009 Enciclopedia Copiilor - All Rights Reserved