تبلیغات
نگاهی نوین به شیمی - تاریخچه کشف ساختار اتم
 
نگاهی نوین به شیمی
                                                        
درباره وبلاگ


مدیر وبلاگ : منیر محمدصادق
نویسندگان
آمار وبلاگ
  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :

مطالعه روی عنصرها به حدود ۲۵۰۰ سال پیش برمی گردد.
دالتون با استفاده از واژه های یونانی اتم که به معنای تجزیه ناپذیر است ، ذره های سازنده عنصرها را توضیح داد. وی نظریه ی خود را در هفت بند بیان کرد.

اگر چه امروز می دانیم که اتمها خود از ذرات کوچکتری تشکیل شده اند اما هنوز باور داریم که اتم کوچکترین ذره ای است که خواص شیمیایی و فیزیکی یک عنصر به آن بستگی دارد.

الکترون نخستین ذره زیر اتمی :

اجرای آزمایشهای بسیاری با الکتریسته ، مقدمه ای برای شناخت ساختار درونی اتم بوده است. کشف الکتریسته ساکن، وقوع واکنش شیمیایی به هنگام عبور جریان برق از میان محلول یک ترکیب شیمیایی فلزدار (الکترلیز یا برقکانت) ، و آزمایشهای بسیار روی لوله ی پرتو کاتدی منجر به شناخت الکترون شد.


لوله پرتو کاتدی :

لوله ای شیشه ای است که بیشتر هوای آن خارج شده است.در دو انتهای این لوله دو الکترود فلزی نصب شده است . هنگامی که یک ولتاژ قوی (6000 ولت ) بین این دو الکترود اعمال شود ، پرتوهایی از الکترود منفی (کاتد) به سمت الکترود مثبت جریان می یابذ که به آن پرتوهای کاتدی می گویند. این پرتوها بر اثر برخورد با یک ماده ی فلوئور سنت نور سبز رنگی ایجاد می کنند.

تامسون موفق شد نسبت بار به جرم الکترون را به کمک این آزمایشها اندازه گیری کند. پس از آن رابرت میلیکان توانست مقدار بار الکتریکی الکترون را اندازه بگیرد. به این ترتیب جرم الکترون نیز با کمک نسبت بدست آمده تامسون محاسبه شد. بار الکترون   19- 10 * 6/02 وچرم الکترون   28- 10  *109/9 است.


پرتو زایی :

در حالی که تامسون روی پرتوهای کاتدی آزمایش کرد، هم زمان بکرل فیزیک دانی که روی خاصیت فسفر سانس مواد شیمیایی کار می کرد با پدیده ی جالبی روبرو شد. این پدیده پرتوزایی و مواد دارای این خاصیت پرتوزا نامیده شد. بعد از آن رادرفورد به این موضوع علاقه مند شد و پس از سالها تلاش فهمید، این تابش خود ترکیبی از سه نوع تابش مختلف آلفا ، بتا و گاما  میباشد.
 

تامسون پس از کشف الکترون ساختاری برای اتم پیشنهاد کرد که در آن الکترون ها با بار منفی در فضای  ابر گونه با بار مثبت پراکنده اند و جرم اتم را مربوط به جرم الکترون ها می دانست ، حال آنکه فضای ابرگونه مثبت را بدو ن جرم می دانست.

 

 رادرفورد نتوانست تشکیل تابشهای حاصل از مواد پرتوزا را به کمک مدل اتمی تامسون توجیه کند. و پس از آزمایشهای بسیار ، نادرست بودن مدل تامسون را اثبات کرد. او در آزمایش خود ورقه نازکی از طلا را با ذره های آلفا بمباران کرد، به امید آنکه همه ی ذره های پرانرژی و سنگین آلفا که دارای بار مثبت نیز هستند با کمترین انحراف از این ورقه نازک طلا عبور کنند. اما مشاهده کرد که تعداد کمی از ذرات  با انحراف  خارج می شوند و تعداد بسیار کمی از آن به طور کامل منحرف شده و به عقب برمی گردند. پس نتیجه گرفت که حتماً یک هسته کوچک در مرکز اتم وجود دارد که محل تمرکز بارهای مثبت است و تقریباً تمام جرم اتم نیز در درون این هسته است که توانایی به عقب راندن ذره های سنگین و پرانرژی آلفا را دارد. رادرفورد با استفاده از نتایج این آزمایش مدل «اتم هسته دار» را پیشنهاد کرد.

 

 دیگر ذره های سازنده اتم :

پزوتون ذره ای با بار نسبی +۱ و جرمی ۱۸۳۷ بار سنگین تر از جرم الکترون ، دومین ذره ی سازنده اتم است.

نوترون ذره ای  که بار الکتریکی ندارد و جرم آن برابر جرم پروتون است ، سومین ذره ی سازنده اتم است.

عدد اتمی :

عددی است که تعداد پرتون ها را در اتم مشخص    می کند و با Z نشان داده می شود. از آنجا که اتم ذره ای خنثی است، بنابر این تعداد الکترونها و پروتونهای آن باید برابر باشد، پس عدد اتمی تعداد الکترونها در یک اتم را نیز مشخص می کند.

عدد جرمی :

به مجموع تعداد پروتونها و نوترونهای یک اتم عدد جرمی می گویند. عدد جرمی با A نشان داده می شود. عدد چرمی یک عنصر را با استفاده از این رابطه  می توان به دست آورد . A = Z+ N

اندازه گیری جرم اتمها با کمک دستگاه طیف سنج نشان می دهد که همه اتمهای یک عنصر جرم یکسانی ندارند. از آنجا که عدد اتمی  و یا در واقع تعداد پروتونها در همه اتمهای یک عنصر یکسان است، پس تفاوت جرم باید مربوط به تعداد نوترونهای موجود در هسته ی اتم باشد. این مطالعات به معرفی مفهوم ایزوتوپ انجامید.
ایزوتوپها اتمهای یک عنصر هستند که عدد اتمی یکسان و عدد جرمی متفاوت دارند. برای مثال آزمایشها وجود دو ایزوتوپ کلر 
 ۳۵ (Cl  )و کلر  ۳۷ (CL ) را به اثبات رسانده است.

 

 جرم یک اتم : 

 شیمیدانها برای بیان جرم عنصرها بدین صورت عمل کردند که فراوان ترین ایزوتوپ کربن یعنی کربن ۱۲، C  را بعنوان استاندارد انتخاب کردند و جرم عنصرهای دیگر را با استفاده از نسبتهایی که در محاسبات آزمایشگاهی بدست آمده بود، بیان کردند. به عنوان مثال جرم اتم اکسیژن ۱/۳۳ برابر جرم اتم کربن است. با توجه به اینکه جرم اتم کربن ۱۲ می باشد  می توان جرم اتم اکسیژن را محاسبه کرد. در این مقیاس جرم اتم اکسیژن برابر ۱۶/۰۰۰ خواهد شد.

واحد جرم اتمی amu است که کوتاه شده ی عبارت  atomic mass unit است. در این مقیاس جرم پروتون و نوترون lamu است. با توجه به وجود ایزوتوپها و تفاوت در فراوانی آنها، برای گزارش جرم نمونه های طبیعی از اتم عنصرهای مختلف جرم اتمی میانگین بکار می رود.


 طیف نشری خطی: 

 رابرت بونزن شیمیدان آلمانی دستگاه طیف بین را طراحی کرد. هنگامی که او مقداری از یک ترکیب مس دار مانند کات کبود را در شعله ی مشعل دستگاه قرار داد، مشاهده کرد که شعله از آبی به سبز تغییر رنگ داد. او این نور سبز رنگ را از یک منشور عبور داد و الگویی بدست آورد.   او این الگو را طیف نشری خطی نامید. هر فلز طیف نشری خطی خاص خود را داراست و مانند اثر انگشت می توان از این طیف برای شناسایی فلز مورد نظر بهره گرفت.


مدل اتمی بور :

در سال ۱۹۱۳ نیلز بور دانشمند دانمارکی مدل تازه ای را برای اتم هیدروژن با فرضهای زیر ارائه کرد:   

 1– الکترو در اتم هیدروژن در مسیری دایره ای شکل به دور هسته گردش می کند.                               

 2 انرژی الکترون با فاصله ی آن از هسته رابطه مستقیم دارد.               

 3  این الکترون فقط میتواند در فاصله های معین و ثابتی پیرامون هسته گردش کند. در واقع الکترون تنها مجاز است که مقادیر معینی انرژی را بپذیرد. به هریک از این مسیرهای دایره ای، تراز انرژی می گویند.

4-  این الکترون معمولاً در پائین ترین تراز انرژی ممکن قرار دارد. به این تراز انرژی حالت پایه می گویند.

5 با دادن مقدار معینی انرژی به این الکترون می توان آن را از حالت پایه (ترازی با انرژی کمتر) به حالت برانگیخته (ترازی با انرژی بالاتر) انتقال داد                                                                          

 6 الکترون در حالت برانگیخته ناپایدار است ، از این رو همان مقدار انرژی را که پیش از این گرفته بود از دست می دهد و به حالت پایه برمی گردد.                                                                                          

 به این گونه انرژی که بصورت یک بسته ی انرژی مبادله می شود، انرژی کوانتومی یا پیمانه ای می گویند. بور با کوانتیده در نظر گرفتن ترازهای انرژی توانست طیف نشری خطی هیدروژن را توجیه کند.     

    مدل کوانتومی اتم:  

این مدل در سال ۱۹۲۶ توسط اروین شرودینگر مطرح شد. وی در این مدل از حضور الکترون در فضایی سه بعدی به نام اوربیتال
سخن به میان آورد. همانگونه که برای مشخص کردن موقعیت یک جسم در فضا به سه عدد (طول ، عرض و ارتفاع) نیاز است، برای مشخص کردن هر یک از اوربیتالهای یک اتم نیز به چنین داده هایی نیاز داریم. شرودینگر به این منظور از سه عدد 
M1 و L و n استفاده کرد که عددهای کوانتومی خوانده می شوند .                                                                        

  عدد کوانتومی اصلی (n) : عددی است که بور برای مشخص کردن ترازهای انرژی یا همان لایه های الکترونی بکار برد. ۱=    nپایدارترین لایه انرزی را نشان می دهد. هر چه n بالاتر رود سطح انرژی لایه های الکترونی افزایش می یابد و فاصله ی آن لایه از هسته دورتر می شود. لایه های الکترونی خود از گروههای کوچک تر به نام زیر لایه تشکیل شده اند.عدد n تعداد زیر لایه های هر لایه را هم مشخص می کند. مثلاً در لایه الکترونی ۲= n دو  زیر لایه و جود دارد .                                                                        

 عدد کوانتومی اوربیتالی (L)  : عددی است که نشان دهنده ی شکل ، انرژی و تعداد اوربیتال ها است. 

می تواند مقادیر    ۰تا 1 - n را در بر بگیرد.  L=0  یا  S  دارای 1 اوربیتال کروی و L=1  یاP  دارای 3 اوربیتال دمبلی
شكل 
L=2 و  یا d  دارای 5 اوربیتال  وL=3 یا F  دارای 7 اوربیتال هستند .
                                                                                                                

 عدد کوانتومی مغناطیسی   :

جهت گیری اوربیتالها را در فضا معین می کند. ml می تواند مقادیری از L  تا L + دارا باشد. به طورمقال با در نظر گرفتن محورهای X ، y ، z اوربیتال p  به صورت pX ؛ pY ؛ pZ نشان داده می شود. برای آدرس دادن اوربیتال ها به شیوه ی زیر عمل می شود: برای مثالpx2 نشان می دهد که این اوربیتال دمبلی شکل در لایه های الکترونی دوم و در زیر لایه ی p قرار دارد و در راستای محور Xها جهت گیری کرده است.

عدد کوانتومی مغناطیسی اسپین (MS) :

مربوط به جهت حرکت الکترون به دور خودش است. دانشمندان افزون بر حرکت اوربیتالی ، یک حرکت اسپینی نیز به الکترون نسبت داده اند (حرکت الکترون به دور خود MS تنها دو مقدار (½+ برای چرخش در جهت عقربه های ساعت و ½- برای چرخش در خلاف جهت حرکت عقربه های ساعت) دارد.

طبق اصل پائولی در هر اوربیتال حداکثر دو الکترون آن هم با اسپین مخالف قرار می گیرند.

اگر برای رسم آرایش الکترونی اتم عنصرهای دیگر از اتم هیدروژن شروع کنیم و سپس یک به یک بر تعداد پروتونهای درون هسته بیفزائیم، بدین گونه اتم عنصرهای سنگین تر از هیدروژن را به ترتیب افزایش عدد اتمی ساخته ایم. به این شیوه، اصل آفبا میگویند.





نوع مطلب : درسنامه، 
برچسب ها : اتم، ذرات سازنده اتم، الکترون، پروتون، نوترون، اشعه کاتدی،
لینک های مرتبط :




 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر
نظرات پس از تایید نشان داده خواهند شد.