غذایی فلوئور در سال 1310 (1931) شروع شد و این زمانی بود که مشخص شد در افرادی که از آب فلوئور دار استفاده می کنند پوسیدگی دندان یا کم است و یا اصلاً وجود ندارد ولی در عوض دندان‌هایشان دارای لکه‌های قهوه‌ای رنگ می‌باشد. کوشش برای مشخص کردن این لکه‌های قهوه‌ای بهوسیلهی یک دندان‌پزشک در کلورادو، در سال 1281 (1902) شروع شد. وقتی که نقش فلوئور در پیدایش این لکه‌های قهوه‌ای و همچنین کاهش دادن پوسیدگی دندان شناخته شد، مطالعات دیگر نشان داد که مقدار کم فلوئور در آب درحالی‌که باعث کاهش پوسیدگی دندان خواهد شد، اثری از لکه‌های قهوه‌ای به‌جا نخواهد گذاشت. در سال 1321 (1942) ارتباط بین فلوئور در آب و میزان پوسیدگی دندان معلوم شده و نشان داده‌اند آبی که حاوی یک قسمت در میلیون، فلوئور باشد سبب میشود که پوسیدگی دندان در حدود 50 تا 60 درصد کاهش یابد و اثری از لکه‌های قهوه‌ای نیز مشاهده نشود. در برخی از کشورهای پیشرفته شیوع پوسیدگی دندان در 20 ـ 15 سال اخیر، به‌علت فلوریده کردن آب آشامیدنی 50% کاهش داشته است.
اخیراً گزارش‌هایی در مورد زیاد شدن پوسیدگی دندان در ناحیه‌ها‌یی که فلوریده کردن آب قطع شده، داده شده است. از مجموعه نتایج گزارش‌هایی که اضافه کردن فلوئور به آب را سبب کم شدن پوسیدگی و قطع آن‌را سبب افزایش پوسیدگی دندان می‌دانند، میتوان دلیلی بر نقش فلوئور، و نه عنصر یا عناصر دیگر، در محافظت از پوسیدگی دندان دانست] 41 [
1-12-7) نحوهی عمل فلوئور در بدن
فلوئور محلول در آب به آسانی از روده جذب میشود و مقداری نیز ممکن است از معده جذب گردد. در حدود 75 درصد فلوئور مصرفی در حدود یک ساعت و 90 درصد آن در حدود 8 ساعت در خون ظاهر میشود. از این مقدار 50 درصد پس از 24 ساعت از راه ادرار دفع میشود و نیمی دیگر به دندان‌ها و استخوان‌ها، جایی که قسمت مهمی از ساختمان آن‌ها را تشکیل میدهد، وارد میشود. صرفنظر از مقدار مصرفی، میزان آن در خون ثابت می‌ماند و این نشان‌دهنده‌ی قدرت کلیه در کنترل میزان فلوئور در بافت‌های بدن است که این عمل را از طریق دفع مقدار اضافه بر احتیاج بدن انجام میدهد. سرعت دفع فلوئور در ادرار، در افرادی که مبتلا به بیماری‌های شدید کلیوی هستند، به مراتب بیشتر از افراد سالم است. با این وجود، ارتباط بین میزان دفع ادراری آن با کل دریافت فلوئور، بسیار پیچیده است، زیرا این ارتباط به وضعیت استخوان‌ها نیز بستگی دارد.
برای آشنایی با عمل فلوئور در پیش‌گیری از پوسیدگی دندان‌ها و افزایش مقاومت آن‌ها لازم است ابتدا با ساختمان دندان‌ها آشنا شویم.
مینای دندان‌ها حاوی ماده کریستالی به نام «هیدروکسی آپاتیت» است. زمانی که فلوئور کافی در دسترس باشد، کریستال‌های جدیدی به نام «فلوئورو آپاتیت» جانشین کریستال‌های قبلی میشوند. برخی از دانشمندان اظهار داشته‌اند که این عمل در دندان‌های در حال رشد و تشکیل صورت میگیرد. جالب اینجا‌ست که این کریستال جدید نسبت به اعمال اسیدها مقاومت بیشتری دارد. میزان فلوئور لایه خارجی مینا بسیار بیشتر از لایه داخلی آن است، چرا که شروع فعالیت در ایجاد پوسیدگی در لایه داخلی دارای احتمال کمتری است.
نقش احتمالی دیگری که به فلوئور نسبت داده شده است این است که این عنصر با حضور خود در ساختمان دندان‌ها محیط نامناسبی برای رشد باکتری‌های مخرب دندان فراهم می‌سازد. این میکروب‌ها از غذاهای قندی برای رشد خود استفاده کرده و تولید اسید میکنند که برای دندان‌ها مضر است. سطح مینای دندان کمی بعد از ظاهر شدن و در هنگام آخرین مراحل آهکی شدن دندان‌ها قادر به برداشتن فلوئور می‌باشد. احتمال میرود که فلوئور موجود در بزاق از سطح دندان جذب شود و این سبب استحکام و مقاومت بیشتر دندان می‌گردد. به‌علاوه شواهدی در دست است که نشان می‌دهند فلوئور سبب پیشرفت رسوب «فسفات کلسیم» از بزاق میشود، بدین ترتیب فلوئور ممکن است در مراحل اولیه پوسیدگی و پس از این‌که دندان‌ها املاح خود را در محیط دهان از دست می‌دهند، سبب تسهیل آهکی شدن مجدد آن گردد. نقش دیگر فلوئور پیش‌گیری از پوکی استخوان و اختلالات استخوانی است. شواهدی وجود دارد مبنی بر این‌که مصرف فلوئور در مقادیر زیاد در دوران بزرگ‌سالی، بدون داشتن اثرات سوء، سبب حفاظت استخوان‌ها در مقابل پوکی استخوان در دوران‌های بعدی زندگی میشود.
فلوئور همچنین سبب استحکام استخوان فک که پس از، از دست دادن دندان احتمال شکستن آن زیاد است می گردد. بدون شک این اثرات درنتیجه ممانعت از جذب استخوان از طریق کاهش حلالیت املاح در استخوان می‌باشد]41 [.
1-12-8) منابع غذایی فلوئور
منبع عمده فلوئور عمدتاً آب آشامیدنی است؛ به‌طوری‌که اگر آب حاوی یک قسمت در میلیون، فلوئور باشد، روزانه یک تا دو میلی‌گرم از این عنصر در بدن تأمین می‌گردد. حدود 25% میلی‌گرم دیگر نیز از طریق چای و غذاهای جامد به بدن می‌رسد. ماهی نیز منبع خوبی از فلوئور است. برخی مطالعات نشان می‌دهند که مقدار فلوئور غذاهای آماده‌شده یا پخته ممکن است 2 تا 3 برابر بیش از غذاهای تازه باشد و البته این در صورتی است که غذا با آب فلوریده‌شده تهیه شده باشد. فلوئور موجود در سبزیجات نیز بستگی به فلوریده شدن آب آن منطقه دارد که در آن صورت میزانش افزایش می‌یابد. مقدار فلوئور رژیم غذایی جوامع ساکن در این مناطق حدود 3 تا 4 برابر بیش از جوامعی است که آب منطقه‌‌ی آن‌ها فلوریده نشده است. جالب است بدانید که یک لیوان چای حاوی یک میلی‌گرم فلوئور است. غذاهای حیوانی مانند انواع گوشت، جگر و غذاهای دریایی مقادیر قابل توجهی فلوئور به ما می رسانند. پختن غذاها در ظروف تفلون میزان دریافت آن را افزایش میدهد]42[.
1-12-9) اثرات فلوئور بر محيط زيست
فلوئور بهطور طبيعي در پوسته‌ی زمين، جايي‌که سنگ‌ها، زغال‌سنگ و خاک رس وجود دارد، پيدا مي‌شود. فلوئور در خاکي که توسط باد جابه‌جا شده است، رها مي‌شود. هيدروژن فلوئوريد از طريق فرآيند احتراق که در صنعت انجام مي‌شود، وارد هوا مي‌شود. سپس فلوئوريدهايي که وارد هوا شدهاند، وارد زمين و آب مي‌گردند. وقتي‌که فلوئور به ذرات بسيار ريز مي‌چسبد، براي مدت زمان طولاني مي‌تواند در هوا باقي بماند.
زماني‌که فلوئور از هوا وارد آب مي‌شود، در رسوبات ته‌نشين مي‌گردد و زماني‌که فلوئور وارد خاک مي‌شود، فلوئور به ذرات خاک متصل مي‌شود. فلوئور در طبيعت از بين نمي‌رود، بلکه از شکلي به شکل ديگر درمي‌آيد. فلوئوري که در خاک جمع شده است، وارد گياهان مي‌شود. ميزان فلوئوري که توسط گياه جذب مي‌شود به عواملي مانند نوع گياه، نوع خاک و مقدار و نوع فلوئوري که در خاک موجود است، بستگي دارد. در مورد گياهاني که به فلوئور حساس هستند، حتي غلظت‌هاي پايين فلوئور هم باعث کند شدن رشد گياه و آسيب به برگ آنان مي‌شود. جانوراني که از گياهان حاوي فلوئور تغذيه مي‌کنند، مقدار زيادي فلوئور در بدن آن‌ها جمع مي‌شود. فلوئور به‌مقدار زياد جذب استخوان مي‌شود. در نتيجه، جانوراني که درصد بالاي فلوئور دريافت مي‌کنند، از بيماري‌هاي پوسيدگي دندان و از بين رفتن استخوان رنج مي‌برند. فلوئور زياد سبب کندي جذب غذا شده و از رشد بدن جانور جلوگيري به عمل مي‌آيد. در نهايت، فلوئور باعث مي‌شود که در هنگام تولد، نوزاد جانورکم وزن باشد]41[.
فصل دوم
محاسبه‌ی ضریب دوم ویریال گاز فلوئور
با استفاده از روش QCISD(T)/aug-cc-Pvtz
2-1) مقدمه
شکل کلی قانون گاز ایدهآل بهصورت معادلهی (1-39) می‌باشد که این معادله، ادغام قانون بویل، قانون شارل و فرضیهی آووگادرو است. یک گاز ایدهآل گازیست که از معادلهی (2-1) تبعیت کند. گازهای حقیقی فقط در حد چگالی صفر که نیروهای بینمولکولی قابل صرفنظر کردن هستند از این قانون پیروی میکنند.
قوانین ترمودینامیک کلی است و به استنتاج معادلات حالت سیستمهای خاصی محدود نمیشود. معادلات حالت باید بهطور تجربی تعیین شوند. همچنین میتوان مکانیک آماری را برای استخراج یک معادلهی حالت تقریبی بهکار برد و این کار از طریق برخی اشکال فرضی برای برهم‌کنشهای بینمولکولی در سیستم صورت میگیرد. در مورد گازهای حقیقی با صرف نظر کردن از نیروهای بینمولکولی معادلهی حالت این گازها بهصورت معادلهی حالت گاز ایدهآل درمی‌آید. در واقع، ابتدا که مولکولها به یکدیگر نزدیک میشوند همدیگر را جذب و سپس وقتی با هم برخورد میکنند یکدیگر را دفع میکنند. برای منظور کردن نیروهای بینمولکولی در سال 1873 واندروالس معادلهی حالت گاز ایدهآل را اصلاح و معادلهی واندروالس را ارائه کرد:
(2-1)
(P+(an^2)/v^2 )(v-nb)=nRT
هر گازی مقادیر a و b خاص خود را دارد. تعیین این مقادیر از روی دادههای تجربی انجام میگیرد که در جداولی فهرستبندی شدهاند. دافعهی بینمولکولی با کم کردن nb از v در معادله لحاظ شده است. به‌دلیل این دافعه، حجم قابل دسترس مولکولهای گاز کم‌تر از حجم v ظرف است. ثابت b تقریباً حجم یک مول از مولکولهای آن گاز است. جملهی (an^2)⁄v^2 برای جاذبهی بینمولکولی است. این جاذبه موجب میشود که فشار اعمال‌شده بهوسیلهی گاز کم‌تر از مقدار پیش‌بینی‌شده از معادلهی گاز ایدهآل باشد. پارامتر a بزرگی قدرت جاذبهی مولکولی‌ست. b بزرگی اندازهی مولکول را نشان میدهد.یک شکل معادلهی ویریال که معادل بارابطهی زیر است:
(2-2)
PV_m=RT[1+B/V_m +…]
بهصورت سری توانی از P بهکار میرود که در معادلهی (1-41) آمده است. در این معادله برای برقراری ارتباط میان ضرایب B^’، C^’،…با B، C، … معادلهی (2-2) را برای P حل، این عبارت را در سمت راست (1-41) جایگزین و ضریب هر توانی از 1/V_m را با همان توان در (2-2) مقایسه میکنیم. نتایج حاصل برای دو ضریب اول مطابق معادلهی (1-42) است. اگر p بزرگ نباشد جملات بعد از CV_m^(-1) با C^’ P^2 معمولاً قابل صرف نظر بوده و میتوانند حذف شوند. در فشارهای بالا، جملات بالاتر مهم میشوند. در فارهای خیلی بالا به معادلهی ویریال غیرقابل استفاده است. برای گازها در ناحیهی صفر تا یک یا دو اتمسفر، میتوان جملات بعد از جملهی دوم در (3-2) و (4-2) را مشروط بر آنکه T خیلی کوچک نباشد، کنار گذاشت.
معادلهی (1-43) راه مناسب و دقیقی برای تصحیح غیر‌ایدهآل بودن گاز در فشار کم است. معادلهی (1-43) نشان میدهد که در P کم، ضریب دوم ویریال B(T) میزان تصحیح حجم مولی گاز ایدهآل RT/P است ]42[.
اولین ضریب ویریال برابر عدد یک است. سومین ضریب ویریال نسبت به دومین ضریب ویریال با حجمهای مولی یکسان اهمیت کمتری دارد
از معادلهی ویریال برای تاًیید نکتهی مهمی استفاده میشود. اگرچه معادلهی حالت یک گاز حقیقی ممکن است با معادلهی حالت یک گاز ایدهآل در فشارهای کم تطبیق پیدا کند ولی در این محدوده همهی خواص یک گاز حقیقی در سازگاری کامل با خواص گاز کامل نیست. چون ضرایب ویریال بستگی به دما دارند، ممکن است دمایی وجود داشته باشد که به ازای آن وقتی فاکتور تراکمپذیری به‌سمت یک میل میکند و شیب این کمیت در فشار پایین با حجم مولی بالا صفر شود. در این دما در محدودهی p→0 خواص گاز حقیقی با گاز کامل تطبیق پیدا میکند که به آن دمای بویل (TB) میگویند. اگر در محدودهی p→0 ضریب ویریال B در دمای بویل صفر باشد شیب فاکتور تراکمپذیری مقدار صفر را خواهد داشت، بنابراین از معادلهی (2-2) عبارت PV_m≈RT_B در دمای بویل نتیجه میشود]8[.
مکانیک آماری معادلاتی برای ارتباط ضرایب ویریال با انرژی پتانسیل نیروهای بینمولکولی ارائه میکند. از اصطلاح مكانيك آماري ضرايب ويريال، آشكار است كه ضرايب دوم، سوم، چهارم و … ويريال انحراف از رفتار ايدهآلی را وقتي كه برخورد‌‌هاي دو، سه، چهار و … مولكولي در گازها اهميت پيدا مي‌كنند، نشان مي‌دهند. بنابراين در چگالي‌‌‌هاي پايين، انحراف از ايدهآلبودن به قدر كافي با ضريب دوم ويريال توضيح داده
