اتصال کوتاه

.

.

چند روز پیش در پنج‌شنبه‌ی آخر هفته فقط خودم و همسرم در خانه بودیم. من برای ناهارِ دیرهنگامِ آخر هفته برنج گذاشتم و کباب‌تابه‌ای درست کردم. گوشت چرخ‌کرده را با دو  پیاز بزرگ رنده‌شده و نمک و فلفل خوب ورز دادم، مایه‌ی حاصل را در یک ماهی‌تابه‌ی آلومینیومی با لایه‌ی سرامیکی، چیزی شبیه به ظروف لعابی قدیمی، پهن کردم و با سرِ قاشق چوبی آن را به شکل قطعات دراز موازی درآوردم و سپس کمی روغن مایع به آن اضافه کردم. روی اجاق، بعد از این که کباب‌ها کمی پختند ، دو عدد گوجه را هم از وسط نصف کردم و کنار کباب‌ها گذاشتم. در پایان کار، درست نمی‌د‌انم، شاید به خاطر مقدار زیاد پیاز درون مایه‌ی کباب، بر کف ماهی‌تابه لایه‌ی نازک و سیاهی ایجاد شده بود که خیلی سفت به کف ماهی‌تابه چسبیده بود و تلاش من، با استفاده از قاشق چوبی برای زدودن آن به نتیجه نرسید. کمی آب گرم داخل ماهی‌تابه ریختم و مقداری مایع ظرفشویی به آن اضافه کردم و گذاشتم تا مخلوط آب و مایع ظرفشویی بر این لایه‌ی کله‌شق اثر کند.

بعد از صرف ناهار، همسرم که «دسته گل» مرا دیده بود، از فوت و فن‌های کدبانوییِ خود استفاده کرده بود و «چیزی» درون ماهی‌تابه ریخته بود که بر آن سیاهی بهتر اثر کند. من اطلاعی از این موضوع نداشتم.

تمام این جزییات آشپزی را مو به مو تعریف کردم، چرا که موضوع غریبی پیش آمده بود و برای درک آن لازم است که از همه‌ی جزییات باخبر باشیم.

اما موضوع از چه قرار بود: جمعه صبح در آشپزخانه با صحنه‌ی عجیبی روبرو شدم: داخل ماهی‌تابه، در میان مخلوط آب و مایع ظرفشویی، که حالا مقداری از روغن و دیگر محتویات باقی‌مانده از پخت کباب دیروز نیز در آن حل شده بود، چیزهایی مانند شیشه‌خورده یا بلورهای یخ به چشم می‌خورد!

.

.

از نزدیک‌تر به آن‌ها نگاه کردم. بلورهایی نسبتاً منظم و مسطح و شش‌گوشه، ریز و درشت، درون معجون داخل ماهی‌تابه وجود داشتند. پیش خودم فکر کردم که شاید همسرم این «چیزها» را داخل ظرف انداخته باشد. به همین خاطر، از او که در حال آماده شدن برای رفتن به باشگاه ورزشی بود موضوع را پرسیدم که آیا او این چیزهای بلوری را در ماهی‌تابه ریخته است، که در پاسخ گفت: "من در ماهی‌تابه بلوری نیانداختم، بلکه یک بسته «بکینگ پودر» را در آن خالی کردم، چون در جایی خوانده بودم که این ماده به تمیز کردن کف ظروفی که غذا در آن سوخته باشد، کمک می‌کند." ... به خودم گفتم: "اگر این طور است، پس این بلورهای اسرارآمیز از کجا آمده‌اند؟ این‌ها کریستال‌های چه ماده‌ای هستند؟" این پرسش‌ها روح کنجکاو مرا به هیجان آورده بود و باید سر از این راز درمی‌آوردم.

بیش از 10 عدد بلور ریز و درشت داخل ماهی‌تابه بود. تعدادی از آنها را صید کردم و از معجون داخل ماهی‌تابه بیرون آوردم.

.

.

.

همان طور که در تصویرهای بالا دیده می‌شود، به نظر می‌رسد که وجود ناخالصی در شاره (مایع) داخل ماهی‌تابه نقش مهمی در تشکیل «بذر اولیه» و رشد کریستالی و منظّم بلورها داشته است.

.

ویژگی‌های بلورها

بلورها را آب‌کشی و سپس خشک کردم. بلورهایی که به صورت «تک بلور» رشد کرده بودند، استحکام بیش‌تری داشتند و برای شکستن آنها باید به آنها خوب فشار وارد می‌شد. سختی بلورها آن قدر بود که روی ناخن خط می‌انداختند. آن‌ها به میزان بسیار اندکی ترش‌مزه بودند ولی نوعی احساس سوزشِ ماندگار روی زبان ایجاد می‌کردند که اثر آن مدتی روی زبان باقی می‌ماند. من چنین طعمی را تا به حال تجربه نکرده بودم و به این خاطر نمی‌توانم آن را با چیز مشابهی قیاس کنم و برای آن مثالی بزنم. بلورها به زحمت، ولی در آب حل می‌شدند و من برای سرعت دادن به روند حل‌شدگی مجبور شدم آن را بسایم و کاملاً خرد کنم. روی سطوح این بلورها هیچ مقاومت الکتریکی اندازه‌گیری نمی‌شد، حتی وقتی که سطح آن را مرطوب می‌کردم (مقاومت اهمی بی‌نهایت).

بلورها از خود اثر پیزوالکتریک نشان می‌دادند: مطابق شکل سطوح بالا و پایین بلورها را با استفاده از نوارهایی از زرورق آلومینیومی به یک مولتی‌متر وصل کردم و آن‌ها را تک تک میان انگشت شست و سبابه گرفته و فشار دادم. ولتاژهای مختلفی روی پرده‌ی نمایش مولتی‌متر خوانده می‌شد که کم‌ترین آن‌ها در حدود 12 میلی‌ولت و بیش‌ترین‌شان در اندکی پایین‌تر از 100 میلی‌ولت قرار داشت.

.

.

چند کلمه در مورد اثر پیزوالکتریک

مقدمه
در بلورها، پراکندگی و فاصله‌ی اجزا دارای نظم هندسی ویژه‌ای هستند که معمولاً در تمام جهت‌ها یک‌سان نیست. برخلاف بلورها، در جامدهای بی‌شکل یا غیربلورین، پراکندگی و فاصله‌ی اجزای سازنده‌ی آن‌ها در همه‌ی جهت‌ها یک‌سان است. از این رو، بعضی از خواص فیزیکی جامدهای غیربلورین مانند رساناییِ گرمایی، انتشار نور و رساناییِ الکتریکی نیز در همه‌ی جهت‌ها یک‌سان است. به این جامدهای غیر بلورین «هم‌سان‌گَرد» (ایزوتروپ) می‌گویند. چون خواص فیزیکی بیشتر جامدهای بلورین در جهت‌های مختلف متفاوت است، به آن‌ها «ناهم‌سان‌گرد» می‌گویند. تنها، بلورهایی که در دستگاه مکعبی متبلور می‌شوند، مانند اجسام غیر بلورین عمل می‌کنند، چون در هر سه جهت فضایی دارای ابعاد مساوی هستند.

.
کاربرد ناهم‌سان‌گَردی
پدیده‌ی ناهم‌سان‌گردی سبب پیدایش ویژگی‌هایی در بلورها می‌شود که کاربردهای مختلف و مهمی در صنعت دارند. مثلاً، اگر بلورهایی مانند کوارتز و یا تورمالین را از دو طرف بکشیم و یا فشار دهیم، در جهت عمود بر فشار یا کشش دارای بار الکتریکی مخالف یکدیگر می‌شوند. اگر جهت این فشار یا کشش را عوض کنیم، نوع بار الکتریکی تغییر می‌کند. به این پدیده «پیزوالکتریک» می‌گویند.
گرما در بعضی از بلورها الکتریسته ایجاد می‌کند و سبب می‌شود یک سوی آن‌ها بار مثبت و سوی مقابل بار منفی بیابند. در نتیجه، میان این دو سو «اختلاف پتانسیل الکتریکی» بوجود می‌آید. همچنین، اگر به این بلور جریان الکتریکی متناوب وصل کنیم، بلورها به تناوب منبسط و منقبض می‌شوند و بر اثر ارتعاش، صوت تولید می‌کنند. از این خاصیت برای تولید صوت، امواج فراصوت، نوسان‌های الکتریکی، ساختن میکروفون‌های بلوری و سوزن گرامافون استفاده می‌شود.
معمولاً از مواد پیزوالکتریک مصنوعی نظیر «زیرکونات باریم»، «تیتانات باریم» و سرامیک‌هایی از این دست در صنعت الکترونیک استفاده به عمل می‌آید.
کریستال پیزوالکتریک در دو راستا ارتعاش می‌کند:

1-     ارتعاش در راستای جلو و عقب که rebound نام دارد.

2-     ارتعاش در کناره کریستال که SWR (Side Wall Radiation)  نامیده می‌شود.

به عنوان مثال از خاصیت پیزوالکتریک در میکروفون‌های پیزوالکتریک استفاده می شود.
در میکروفون‌های پیزوالکتریک بلورها یا دی‌الکتریک‌هایی به کار می‌برند که خاصیت این را دارند که وقتی تغییر شکلی در اثر فشار موج‌های صوتی در آن پیدا شود، بطور الکتریکی پلاریزه شده و ولتاژی که تابع خطیِ تغییر شکل مکانیکی وارد است، ایجاد می‌کنند.
اگر امتداد برش بلور چنان باشد که تراکم وارد در امتدادی که سبب گردد که سطح فوقانی نسبت به سطح تحتانی از لحاظ الکتریکی مثبت بشود، وقتی تراکم در همین امتداد به کشش تبدیل شود علامت بارهای الکتریکی روی دو سطح، همچنین جهت ولتاژ روی آنها نیز تغییر علامت می‌دهند. در اثر عمل معکوس، اگر بواسطه وارد کردن پتانسیل الکتریکی آن را پلاریزه کنیم، یعنی روی یکی از سطوح بار مثبت و بر روی دیگری بار منفی قرار گیرد، بلور تحت فشار واقع می‌شود.
وقتی موضوع بحث درباره میکروفون‌های بلوری یا سرامیکی باشد، انسان فقط علاقمند به اثر مستقیم خاصیت پیزوالکتریسیته می‌شود. با این همه ، از آنجا که خاصیت پیزوالکتریسیته یک پدیده‌ی برگشت‌پذیر است، تمام انواع میکروفون‌های پیزوالکتریک را می‌توان با وارد ساختن اختلاف پتانسیل متناوب به طرفین، آن‌ها به یک منبع صوتی ضعیف تبدیل کرد.

نمک راشل قوی‌ترین خاصیت پیزوالکتریسیته را، در میان تمام موادی که دارای این خاصیت هستند، داراست و از این رو غالباً آن را در طرح‌های مربوط به میکروفون‌های کریستالی وارد می‌سازند. متأسفانه بریده‌های این نمک در اثر رطوبت خراب می‌شوند و در دمای بیش از 43 درجه‌ی سانتی‌گراد، با از دست دادن آب درون کریستالی خود، ضایع و غیر قابل استفاده می‌گردند.
بُرش X از این نمک که به زاویه ˚45 باشد، به واسطه‌ی ضریب زیادی که در خاصیت «تروش الکترومانیتیک» دارد، غالبا مورد استعمال دارد، ولی عیب‌اش این است که خاصیت دی‌الکتریک آن بسیار متغیر است و این موضوع بر حساسیت یا بازده ولتاژ بلور تأثیر می‌گذارد. برش‌های بلوری که از بلور «دی ایدروفسفات آمونیوم» مصنوعی بریده شده باشند و به اسم بلور ADP نامیده می‌شوند، عموما در ساختمان میکروفون‌هایی به کار می‌روند که باید در دمای زیادی به کار گرفته شوند، زیرا اگر چه حساسیت آن‌ها نسبت به دما و رطوبت از نمک راشل کمتر است، ولی می‌توانند بدون خراب‌شدن در دمای بیش از 90 درجه‌ی سانتی‌گراد به کار ‌روند. به علاوه، خاصیت پیزوالکتریسیته و دی‌الکتریک آن‌ها هم در اثر تغییر دما خیلی کم تغییر می‌کند.

.

جنس بلورهای داخل ماهی‌تابه چیست؟

حال که برای ما الکترونیکی‌ها «به درد بخور بودن» این بلورها به واسطه‌ی اثر پیزوالکتریک‌شان ثابت شد، موضوع بیش‌تر جالب شد و خوب است به آن‌ها دقیق‌تر بپردازیم. برای مشخص کردن چیستیِ این بلورها باید عوامل تشکیل‌دهنده‌ی شاره‌ی داخل ماهی‌تابه را مشخص می‌کردم. تصمیم گرفتم که پیش از هر چیز ببینم محتوای بسته‌ی «بکینگ‌پودر» چیست؟ هنوز یک پاکت دیگر از آن داشتیم. بنا به نوشته‌ی پشت پاکت، ماده‌ی اصلی در این محصول «سدیم هیدروکربنات» یا همان «جوش‌شیرین» است. در کنار آن مقدار کمی نشاسته‌ی ذرت و  یک ماده‌ی اسیدی‌کننده (acidifying agent) به نام «دی سدیم فسفات» به عنوان «افزودنی» در محصول کار شده است. وزن این پودر 14 گرم است و همسرم تمام محتوای پاکت را در ماهی‌تابه ریخته بوده.

.

.

به جز آب و جوش‌شیرین، روغن مایع و مایع ظرفشویی نیز به مواد داخل ماهی‌تابه تعلق داشتند. مایع‌های ظرف‌شویی معمولاً حاوی 5 تا 15% «سورفکتانت‌های آنیونی» هستند. این مواد «تنساید» (Tenside)‌هایی هستند که در خود گروه‌های اتمی دارای بار الکتریکی منفی دارند که مانند همه‌ی تنسایدها از یک بخش قطبی و یک بخش غیرقطبی تشکیل یافته‌اند که ویژگی‌های ماده و رفتار واکنشی آن را در پیوندهای شیمیایی تعیین می‌کنند. شناخته شده‌ترین تنساید همانا صابون است. آن‌چه که در «سایت ویکی» در مورد مایع ظرف‌شویی و مواد تشکیل‌دهنده‌ی آن نوشته شده حاکی از آن است که در آن، به علت این که با پوست دست در تماس قرار می‌گیرد، از موادی خنثی و یا با درجه‌ی اسیدیته (pH) خیلی کم در ساخت آن‌ها استفاده می‌شود. تنظیم درجه‌ی pH به کمک جوهرلیمو انجام می‌گیرد. همچنین، در مایع ظرف‌شویی انواعی از الکل نیز به عنوان حلال افزوده می‌شود.

همه‌ی این دانسته‌ها مرا پیش‌تر نمی‌بُرد و تنها ایده‌ی من تشکیل بلورهای سدیم هیدروکربنات، کریستال‌های جوش شیرین، در این محلول بود. چه بسا تمام مواد دیگر در ماهی‌تابه فقط نقش تسهیل‌کننده و تسریع‌دهنده و یا «کاتالیست» را بازی کرده باشند؟ وقت جستجو در نت فرا رسیده بود.

نتیجه را خیلی زود به دست آوردم: حدس من مبنی بر تشکیل کریستال‌های سدیم هیدروکربنات نادرست بود. ماده‌ی بلوری در ماهی‌تابه باید «سدیم پتاسیم تارترات» باشد. این ماده نمک دوگانه‌ی اسید تارتریک با فرمول شیمیایی KNaC₄H₄O₆.4H₂O است و چون اول بار در منطقه ای به نام «لا راشل» پیدا شد، به آن «نمک راشل» می‌گویند. این ماده به صورت کریستالی «خاصیت پیزوالکتریک» دارد و در گذشته از آن در ساخت مبدّل برداشت صدا از روی صفحات گرامافون (در مجموعه‌ی سوزن گرام) استفاده می‌شد.

شاید خواننده‌ی گرامی بپرسد که من به چه دلیل به این نتیجه رسیده‌ام که بلورهای ماهی‌تابه همان کریستال‌های راشل هستند؟ پاسخ را در بخش دوم این نوشتار تقدیم می‌کنم و از همه‌ی خوانندگانی که در شیمی آگاهی بیش‌تری دارند، خواهش می‌کنم اگر توضیحی برای شکل‌گیری نمک راشل و بلورهای آن در ماهی‌تابه‌ی من دارند، آن را به صورت پیام برای درج در زیر همین نوشتار و استفاده‌ی من و دیگر خوانندگان بفرستند.

.

.

مطالب مرتبط:

کباب تابه ای با مخلفاتی از جنس فیزیک - 2

آسیب زدن به این ماده ی جنگیِ حیاتی، خرابکاری محسوب می شود (فیلم)

.

.

منابع:

سایت تبیان

ویکیپدیا - آلمانی

ویکیپدیا - پارسی

سایت فرهنگ خوراکی‌ها

سایت داریوش شهبازی

.

.

.