Азизбек ХОЛМУРОДЗОДА,
омӯзгори фанни химияи Литсейи №3
барои хонандагони болаёқати шаҳри Душанбе
Ҷашни Сада дар таърихи тамаддуни ориёӣ, дар баробари маросими идона, ҳамчун нуқтаи гардиши фикрӣ ва илмии инсон дар шинохти олам ба ҳисоб меравад. Ин ҷашн, ки ба муносибати сад рӯз гузаштан аз оғози фасли тирамоҳ (аз тақвими куҳан) ва панҷоҳ рӯзу панҷоҳ шаб мондан то Наврӯз таҷлил мешавад, дар моҳияти худ падидаи «энергия» ва «трансформатсияи модда»-ро таҷассум мекунад. Аз дидгоҳи номаҳои бостонӣ, Сада рамзи кашфи оташ аз ҷониби шоҳ Ҳушанг аст. Ин кашфиёт дар асл нахустин қадами башарият дар роҳи идораи реаксияҳои химиявӣ буд. Агар то он замон инсон танҳо мушоҳидагари табиат бошад, бо кашфи оташ ва баргузории ҷашни Сада, ӯ ба марҳилаи «лабораторияи кушоди табиат» ворид шуд.
Имрӯз, дар асри технологияҳои нано ва химияи квантӣ, мо метавонем ҷашни Садаро аз чанд паҳлуи илмӣ мавриди омӯзиш қарор диҳем:
— Энергетика: Сада ҳамчун рамзи табдили энергияи химиявии пайвандҳои органикӣ (ҳезум) ба энергияи гармӣ ва рӯшноӣ (фотонҳо).
— Экология ва агрохимия: Истифодаи маҳсулоти сӯзиш (хокистар) барои тағйири сохтори химиявии хок ва омодасозии он ба киштукори баҳорӣ.
— Термодинамика: Раванди суръатбахшии ҳаракати молекулаҳо дар хоки яхбаста ва омода кардани биосфера ба эҳёи нав.
Асоси ҷашни Садаро афрӯхтани гулхани бузург ташкил медиҳад, ки дар илми химия ҳамчун реаксияи занҷиравии оксидшавии босуръат шинохта мешавад. Ин раванд на танҳо сӯхтани одӣ, балки як силсилаи мураккаби табдилоти физикию химиявӣ мебошад, ки энергияи дар бандҳои химиявии растаниҳо захирашударо озод мекунад. Вақте ки ҳезум (биомасса) дар шаби Сада оташ зада мешавад, он аз марҳилаҳои зерини химиявӣ мегузарад:
— Дегидрататсия (бухоршавии намӣ): Дар ин марҳилаи аввалия, ки дар ҳарорати 100 °C ба амал меояд, энергияи аввалияи оташ барои кандани бандҳои гидрогенӣ ва бухор кардани оби байниҳуҷайравии чӯб сарф мешавад. Ин раванд эндотермӣ аст, яъне, гармиро фурӯ мебарад. То он даме, ки намӣ пурра хориҷ нашавад, ҳарорати ҳезум аз 100 °C боло намеравад ва сӯзиши асосӣ оғоз намегардад.
— Пиролизи термохимиявӣ: Дар ҳарорати аз 200 °C то 300 °C раванди пиролиз — таҷзияи химиявии моддаҳои органикии мураккаб бидуни иштироки оксиген оғоз меёбад. Полимерҳои табиӣ, аз ҷумла, селлюлоза (C6H10O5)n гемиселлюлоза ва лигнин (пайвасти мураккаби ароматӣ, ки устувории чӯбро таъмин мекунад) ба ҷузъҳои содатар: гази метан (CH4), оксиди карбон (II), метанол ва қатронҳо таҷзия мешаванд. Маҳз ҳамин газҳои дар натиҷаи пиролиз ҳосилшуда «сӯзишвории ҳақиқӣ» мебошанд, ки дар болои чӯб аланга мезананд.
— Оксидшавии фаъол (сӯзиши плазмавӣ): Ин марҳилаи асосии ҷашни Сада аст, ки дар он реаксияи молекулаҳои газ бо оксигени ҳаво (O2) ба амал меояд. Алангаи оташ дар асл гази қисман ионизатсияшуда ё плазмаи ҳарораташ паст мебошад.
Формулаи умумии химиявии сӯзиши селлюлоза чунин аст:
(C6H10O5)n+6nCO2+5nH2O+∆H
Дар ин ҷо ∆H (энталпияи реаксия) нишон медиҳад, ки миқдори зиёди энергия дар шакли гармӣ ва рӯшноӣ хориҷ мешавад.
— Ташаккули карбони сахт (дуд ва ангишт): Агар оксиген кифоя набошад, реаксияи оксидшавии нопурра ба амал меояд, ки боиси ҳосил шудани карбони холис мегардад. Ангиштҳои сурхе, ки дар охири ҷашн боқӣ мемонанд, карбони қариб холис мебошанд, ки хеле суст ва дар ҳарорати баланд оксид мешаванд ва гармиро дар давоми шаб нигоҳ медоранд.
— Нақши фотонҳо (нурафшонӣ): Ранги зарду норинҷии оташи Сада, ки зулмати шабро мешиканад, натиҷаи инкандесенсия (нурафшонии ҳароратӣ) мебошад. Заррачаҳои хурди карбон дар дохили аланга то ҳарорати баланд гарм шуда, фотонҳои рӯшноиро хориҷ мекунанд. Ин падида дар химияи квантӣ ҳамчун гузариши электронҳо байни сатҳҳои энергетикӣ шарҳ дода мешавад.
Ҷашни Садаро метавон як навъ «терапияи гармидиҳӣ» барои замин номид. Ба бовари гузаштагонамон дар ин шаб «нафаси гарм ба замин меравад». Ин раванд аз нигоҳи термодинамика, интиқоли энергия аз манбаи ҳарораташ баланд ба муҳити ҳарораташ паст (хок ва ҳаво) аст. Ҳангоми сӯхтани гулхани Сада, энергияи химиявӣ ба энергияи гармӣ табдил шуда, гармӣ бо се роҳи физикӣ ба муҳит паҳн мешавад:
1) Нурбарорӣ: Мавҷҳои инфрасурх мустақиман сатҳи заминро гарм мекунанд.
2) Конвексия: Ҳавои гармшуда боло меравад ва ҷойи онро ҳавои сарди атроф мегирад, ки боиси гардиши газҳо дар атмосфера мегардад.
3) Кондуксия: Интиқоли гармӣ тавассути тамос аз гулхан ба қабатҳои амиқи хок.
Мувофиқи қонунҳои кинетикаи химиявӣ, суръати ҳама гуна реаксияи химиявӣ аз ҳарорат вобастагии зиёд дорад. Дар хоки яхбастаи зимистон, аксари равандҳои химиявӣ ва биологӣ дар ҳолати «сукун» (стазис) қарор доранд. Бо баланд шудани ҳарорати хок дар натиҷаи афрӯхтани гулханҳои Сада ҳолатҳои зерин ба амал меоянд:
— Гидролизи молекулаҳо: Раванди таҷзияи моддаҳои мураккаби органикӣ ба сода, ки барои ғизои растаниҳо зарур аст, метезад.
— Қонуни Вант-Гофф: Суръати реаксияҳои биохимиявӣ дар хок бо ҳар 10 дараҷа баланд шудани ҳарорат 2 — 4 маротиба меафзояд. Ин маънои онро дорад, ки Сада «соати химиявӣ»-и табиатро тезтар ба кор медарорад.
Яке аз муҳимтарин таъсирҳои термохимиявии Сада ин гузариши фазавии об аз ҳолати сахт (ях) ба ҳолати моеъ аст. Барои об кардани 1 кг ях дар хок 334 кҶ энергия лозим аст. Гулхани Сада ин энергияро таъмин намуда, капиллярҳои хокро боз мекунад. Оби моеъ дар хок ҳамчун ҳалкунандаи универсалии химиявӣ амал карда, интиқоли ионҳои маъданиро (мисли калий ва нитратҳо) ба решаи растаниҳо имконпазир месозад.
Дуди гулхани Сада, ки аз омехтаи газҳо ва заррачаҳои карбон иборат аст, ба атмосфераи маҳаллӣ таъсир мерасонад. Инсонҳо бовар доштанд, ки дуд ҳаворо аз «бадиҳо» тоза мекунад. Аз нигоҳи химия, дар таркиби дуди чӯб миқдори ками пайвастҳои фенолӣ ва кислотаҳои органикии бухоршаванда аст, ки хосияти заифи зиддимикробӣ доранд. Ин боиси коҳиши шумораи спораҳои занбӯруғҳои зараровар дар ҳавои атроф мегардад. Пас аз хомӯш шудани гулханҳои бошукӯҳи Сада, он чизе, ки дар замин мемонад, на танҳо боқимондаи сӯзиш, балки як маҷмуи мукаммали маъданист. Гузаштагони мо бо пошидани хокистар ба заминҳо раванди агрохимияи кишоварзиро амалӣ мекарданд. Зеро хокистар консентрати унсурҳои минералиест, ки дарахтон дар тули солҳо аз хок ҷамъ ва дар сохтори ҳуҷайравии худ захира кардаанд. Аз ҷумла:
— Калий (K) — «Танзимгари ҳаёт»: Дар хокистар, асосан, дар шакли поташ ё карбонати калий (K2CO3) мавҷуд аст. Ин намак дар об ба осонӣ ҳал мешавад. Калий фишори осмотикиро дар ҳуҷайраҳои растанӣ танзим мекунад. Ин ба растанӣ имкон медиҳад, ки дар шароити сардии охири зимистон обро дар дохили ҳуҷайраҳо нигоҳ дорад ва аз яхбандӣ ҳифз кунад. Он, инчунин, катализатори тавлиди қанд ва крахмал мебошад.
— Фосфор (P) — «Аккумулятори энергия»: Фосфор дар хокистар дар шакли оксид (P2O5) ва фосфатҳо вомехӯрад. Ин элемент ҷузъи асосии молекулаи АТФ (аденозинтрифосфат) аст, ки энергияи химиявиро интиқол медиҳад. Бе фосфор тақсими ҳуҷайраҳо ва рушди решаҳои ҷавон дар аввали баҳор ғайриимкон аст.
— Калсий (Ca) — «Меъмори сохтор»: Миқдори калсий дар хокистар аз ҳама зиёд аст (то 30-40% дар шакли ва ). Калсий кислотанокии хокро (pH) танзим мекунад. Хокҳои зимистона аксар вақт турш (кислотагӣ) мешаванд, ки ин барои микроорганизмҳои муфид зараровар аст. Калсий ин турширо нейтрализатсия карда, сохтори хокро дона-дона ва ковок месозад, ки гузариши ҳаво ва обро беҳтар мекунад.
Ҷадвали муқоисавии таркиби маъдании хокистар вобаста аз намуди чӯби дар Сада истифодашуда чунин аст:
Ба ғайр аз унсурҳои асосӣ, хокистар дорои магний, бор, оҳан ва руҳ мебошад. Ин микроэлементҳо мисли «витаминҳо» барои хок хизмат мекунанд. Масалан, магний (Mg) ҷузъи марказии хлорофилл аст ва бидуни он замин сабз намешавад.
Дар давоми фасли зимистон дар қабатҳои хок равандҳои хосе ба амал меоянд, ки боиси паст шудани нишондиҳандаи pH (зиёд шудани туршӣ) мегарданд. Сабаби ин дар рукуди намии зиёд ва суст шудани мубодилаи газҳо мебошад, ки боиси ҷамъ шудани гази карбонат (CO2) ва пайдоиши кислотаи карбонат (H2CO3) мегардад. Хокистари Сада ҳамчун як реагенти қавии ишқорӣ ин мушкилиро бо чанд роҳ ҳал мекунад:
а) Нейтрализатсияи мустақим. Хокистар миқдори зиёди карбонатҳо ва оксидҳои металлҳои ишқорӣ ва ишқорзаминӣ дорад. Вақте карбонати калий (K2CO3) ба хоки намнок дохил мешавад, ба ионҳо ҷудо шуда, бо ионҳои гидрогении (H+) хок, ки масъули кислотагӣ ҳастанд, вокуниш нишон медиҳад:
K2CO3 + 2H+→2K++H2O + CO2 ↑
Дар ин реаксия ионҳои заҳролуди гидроген ба об табдил ёфта, гази карбонат хориҷ мешавад. Ин раванд боиси «нафаскашӣ»-и хок мегардад.
б) Нақши калсий дар мувозинати ишқорӣ. Ба ғайр аз калий, оксиди калсий, ки дар хокистар мавҷуд аст, ҳангоми тамос бо об ба гидроксиди калсий табдил меёбад:
CaO + H2O → Ca (OH)2
Ин модда — Ca (OH)2, ки бо номи «оҳаки дамкардашуда ё шукуфта» маъруф аст, яке аз беҳтарин воситаҳо барои нест кардани кислотагии зиёдатии хок ба шумор меравад. Он на танҳо pH-ро ба эътидол меорад (то сатҳи 6,5 – 7,5), балки сохтори физикии хокро низ беҳтар мекунад, яъне, зарраҳои хурди лойро ба ҳам мепайвандад (раванди коагулятсия), ки дар натиҷа хок ковок ва дона-дона мешавад.
в) Озодшавии унсурҳои басташуда. Муҳимтарин ҷанбаи химияи pH дар он аст, ки дар хокҳои турш бисёр элементҳои муфид (мисли фосфор) дар шакли пайвастҳои ҳалнашаванда «банд» мемонанд ва растанӣ наметавонад онҳоро аз худ кунад. Бо пошидани хокистари Сада ва боло рафтани pH фосфор аз пайвастҳои турш озод шуда, ба шакли барои реша дастрас мегузарад. Ҳамчунин, заҳрнокии алюминий (Al3+) ва манган (Mn2+), ки дар хокҳои турш зиёд мешавад, коҳиш меёбад.
г) Фаъолсозии микрофлора. Аксар бактерияҳои фоидаовар, ки нитрогенро аз ҳаво мегиранд, танҳо дар муҳити нейтралӣ ё сусти ишқорӣ фаъолият карда метавонанд. Ҳамин тавр, танзими pH тавассути хокистари Сада «заминаи химиявӣ»-ро барои фаъолшавии микроорганизмҳои хок омода мекунад, ки ин қадами аввалин ба сӯйи ҳосили фаровон мебошад.
Дар фарҳанги бостонӣ бовар доштанд, ки дуди оташи Сада ва бӯйи он бемориҳоро дур месозад. Аз нуқтаи назари химияи атмосфера ва биохимия, ин равандро на танҳо як эътиқоду рамз, балки як раванди дезинфексияи аэрозолӣ номидан мумкин аст. Дуди ҳезум ҳангоми сӯхтан дар гулхани Сада омехтаи мураккаби зиёда аз 100 намуди пайвастҳои химиявиро ба вуҷуд меорад. Дар байни онҳо моддаҳое мавҷуданд, ки хосияти қавии зиддимикробӣ доранд. Аз ҷумла:
— Пайвастҳои фенолӣ (гваякол, крезол): ин моддаҳо натиҷаи таҷзияи химиявии лигнин (ҷузъи чӯб) мебошанд. Фенолҳо қобилияти вайрон кардани пардаи сафедаи микроорганизмҳоро доранд, ки боиси нобудшавии бактерияҳо ва занбӯруғҳои дар ҳаво муаллақ мегардад.
— Алдегидҳо (формалдегид ва фурфурол): ин пайвастҳо ҳангоми сӯхтани нопурраи селлюлоза ҳосил мешаванд. Дар консентратсияи кам, онҳо ҳамчун консервантҳои табиӣ ва дезинфекторҳо амал карда, афзоиши микроорганизмҳои зарароварро дар муҳити атроф бозмедоранд.
— Кислотаҳои органикии бухоршаванда (кислотаи сирко ва мӯрча): ин кислотаҳо муҳити pH-и қатраҳои намии ҳаворо тағйир дода, барои зинда мондани бисёр намудҳои вирусҳо ва бактерияҳо шароити номусоид эҷод мекунанд.
Ғайр аз таъсири химиявӣ, дуди оташи Сада таъсири физикӣ низ дорад. Заррачаҳои хурди карбон (сӯза), ки дар дуд мавҷуданд, ҳамчун адсорбентҳои табиӣ амал мекунанд. Заррачаҳои дуд микроорганизмҳои ҳаворо ба худ мекашанд (адсорбсия). Ин зарраҳо вазнин шуда, ба замин мерезанд ва ҳамин тавр, ҳаво аз аэрозолҳои биологӣ тоза мешавад. Ин раванд дар химияи муосир барои тоза кардани газҳо аз наҷосатҳо истифода мешавад.
Ҳарорати баланди аланга дар маркази гулхан (то 800 — 1000 °C) боиси ба вуҷуд омадани ҷараёнҳои пурқуввати конвексионӣ мегардад. Ҳавои маҳаллӣ аз маркази оташ гузашта, аз нигоҳи термикӣ стерилизатсия мешавад. Ин ба он маъно аст, ки ҳаҷми зиёди ҳаво дар атрофи ҷашнгоҳ аз филтри ҳароратӣ гузашта, аз вирусҳо пок мегардад.
Бӯйи дуди ҳезум ва накҳати гиёҳҳои хушбӯе (мисли ҳазориспанд), ки аксар вақт ба оташи Сада мепартофтанд, дорои эфирҳои мураккаб мебошанд. Ин моддаҳо тавассути ретсепторҳои бӯй ба системаи асаби инсон таъсир расонида, боиси хориҷ шудани эндорфинҳо (гормонҳои шодӣ) мегарданд. Ин таъсири «ароматерапияи химиявӣ» иммунитети инсонро тақвият бахшида, муқовимати баданро ба бемориҳои зимистона зиёд мекунад.
Ҷашни Садаро аз нигоҳи химияи фалсафӣ ва термодинамика метавон ҷашни «Озодшавии энергияи офтоб» номид. Ин ҷашн як намунаи олии исботи Қонуни бақои энергия мебошад: энергия дар табиат гум намешавад, балки аз як шакл ба шакли дигар табдил меёбад. Дар давоми фасли баҳор ва тобистон, дарахтон ва буттаҳо тавассути раванди фотосинтез энергияи равшани офтобро аз худ мекунанд. Дар дохили баргҳо, зери таъсири фотонҳои нур, молекулаҳои оби (CO2) ва гази карбонати (H2O) сода ба молекулаҳои мураккаби органикӣ — селлюлоза ва крахмал табдил меёбанд.
Маҳз дар ҳамин марҳила энергияи ядроии офтоб дар шакли энергияи пайвастҳои химиявӣ дар дохили чӯб «банд» ё захира мешавад. Чӯб, дар асл, як «батареяи биологӣ» аст, ки қувваи офтобро дар худ нигоҳ медорад.
Дар шаби Сада, вақте ки мо гулхан меафрӯзем, дар асл раванди баръакси фотосинтезро ба амал меорем. Пайвастҳои химиявии мураккаб канда мешаванд ва энергияе, ки моҳҳо пеш аз офтоб гирифта шуда буд, дар як лаҳза ба шакли гармӣ (энергияи кинетикии молекулаҳо) ва рӯшноӣ (энергияи электромагнитӣ) дубора ба табиат бармегардад.
Аз нигоҳи термодинамика, ин раванд чунин тавсиф мешавад: тағйирёбии энталпия (∆H) – энергияи дохилии сӯзишворӣ (чӯб) нисбат ба маҳсулоти сӯзиш (ва) зиёдтар аст, бинобар ин, энергияи зиёдатӣ ба муҳити атроф хориҷ мешавад.
Дар тафаккури ниёгони мо, оташи Сада идомаи нури офтоб дар рӯйи замин буд. Химияи муосир инро комилан тасдиқ мекунад: фотонҳои рӯшноие, ки мо дар алангаи Сада мебинем, аз нигоҳи физикӣ ҳамон энергияе мебошанд, ки баргҳои дарахтон дар тобистон «шикор» карда буданд. Ин раванд як сикли комилро ба вуҷуд меорад:
Офтоб→Энергияи рӯшноӣ;
Дарахт→Энергияи химиявӣ (захира);
Сада→Энергияи гармӣ ва рӯшноӣ (озодшавӣ);
Замин ва ҳаво→Қабули маҳсулоти сӯзиш барои насли нави растаниҳо.
Агар ин сиклро ба таври сода нишон диҳем, он чунин менамояд: Офтоб (фотосинтез)→чӯб (энергияи захиравӣ)→оташ (энергияи фаъол)→замин (нури табиӣ)→ҳаёти нав.
Ин инфографика исбот мекунад, ки ниёгони мо ба таври фитрӣ Қонуни бақои энергия ва моддаро дарк мекарданд ва онро дар шакли ҷашни Сада ҷовидонӣ сохтаанд.
Маҳсулоти сӯзондашуда дар Сада (гази карбонат ва об) дубора ба атмосфера бармегарданд ва дар баҳори оянда барои фотосинтези нав истифода мешаванд. Хокистари боқимонда бошад, заминро бо минералҳо бой мекунад. Ҳамин тавр, Сада рамзи интиқоли бефосилаи ҳаёт ва модда мебошад. Ин ҷашн ба инсон таълим медиҳад, ки табиат як лабораторияи пӯшидаест, ки дар он ҳеҷ чиз бесабаб нест ва ҳеҷ чиз нест намешавад.
Аз диди илми химия ва биоэнергетика оид ба ҷашни Сада метавон чунин ҷамъбандӣ ва хулосабарорӣ намуд:
— Сада рамзи гузариш аз захираи энергия ба истифодаи он аст. Ин як реаксияи оксидшавии экзотермӣ мебошад, ки энергияи офтобии дар бандҳои химиявии биомасса (чӯб) «асиршуда»-ро озод карда, ба рӯшноӣ ва гармӣ табдил медиҳад. Ин раванд исботи зиндаи Қонуни бақои энергия аст;
— Сада ҳамчун як раванди термохимиявӣ амал карда, «соати биологӣ»-и заминро ба кор медарорад. Тавассути баланд кардани ҳарорати хок ва об кардани яхи капиллярҳо, он кинетикаи реаксияҳои химиявиро дар хок тезтар намуда, заминро барои эҳёи баҳорӣ омода месозад.
— истифодаи хокистар ҳамчун маҳсулоти ниҳоии сӯзиш, намунаи олии сикли пӯшидаи моддаҳо мебошад. Хокистар на танҳо нурии бой аз калий, фосфор ва калсий аст, балки як реагенти стратегӣ барои танзими pH-и хок ва дезинфексияи антисептикии атмосфера ба шумор меравад.
Дар маҷмуъ, ҷашни Сада исбот мекунад, ки тамаддуни мо бар пояи донишҳои амиқи табиатшиносӣ бино шудааст. Ниёгони мо тавассути ин ҷашн ба мо таълим медиҳанд, ки инсон набояд танҳо истеъмолкунандаи неъматҳои табиат бошад, балки бояд қонунҳои табдили моддаву энергияро бидонад ва онҳоро барои нигоҳ доштани мувозинати байни замин, ҳаво ва оташ истифода барад.
Хулоса, Сада бар иловаи як мероси куҳани фарҳангӣ ва асотирӣ будан, ҳамчунин, як мактаби бузурги таҷрибавии инсоният дар шинохти хосиятҳои модда ва энергия мебошад. Сада тантанаи ақли солим, дониши таҷрибавӣ ва эҳтиром ба қонунҳои ҷовидонаи химияи коинот аст, ки дар симои як гулхани муқаддас ҳазорсолаҳо инҷониб роҳи моро равшан мекунад.
