آموزش شیمی دو ---- فصل اول (ساختار اتم)

ساختار اتم :

تالسآب را عنصر اصليسازنده ي جهان هستي مي دانست.
ارسطوپس از تالس ,سهعنصر هوا و خاك و آتش را به آب اضافه كرد. در آن زمان چهار عنصر، عناصر كاينات تصورمي شد.
بويلمفهوم تازه اي از عنصر را ارائه داد (تعريف دو دانشمند يعني تالس و ارسطو از عنصر درست نبود)به اين معني كه ماده اي كهنمي توان آن را به مواد ساده تري تبديل كرد و شيمي را علمي تجربي و عملي دانست (سهابزار يونانيان يعني مشاهده و انديشيدن و نتيجه گيري را كافي ندانست.)

نظريه ي اتمي دالتون:
دالتون نظريهاتمي خود را با اجراي آزمايش در هفت بند بيان كرد.
1- ماده از ذره هاي تجزيهناپذيري به نام اتم ساخته شده است.
2- همه ي اتم ها يك عنصر ، مشابهيكديگرند.
3- اتم ها نه به وجود مي آيند و نه از بين مي روند.
4- همه ي اتمهاي يك عنصر جرم يكسان و خواص شيميايي يكسان دارند.
5-اتم هاي عنصرهاي مختلف بههم متصل مي شوند و مولكول ها را به وجود مي آورند.
6- در هر مولكول از يك تركيبمعين , همواره نوع و تعداد نسبي اتم هاي سازنده ي آن يكسان است.
7-واكنش هايشيميايي شامل جابه جايي اتم ها و يا تغيير در شيوه ي اتصال آن ها است.
نظريه هايدالتون نارسايي ها و ايرادهايي دارد و اما آغازي مهم بود.

مواردي كه نظريه ي دالتون نمي توانست توجيهكند:
1- پديده ي برقكافت (الكتروليز) و نتايج مربوط به آن
2- پيوند يوني ـ فرق يون با اتم خنثي
3- پرتو كاتدي
4- پرتوزايي و واكنش هايهسته اي
5- مفهوم ظرفيت در عناصر گوناگون
6- پديده ي ايزوتوپي

 

 

 

آزمايشتامسون

 

روش كار تامسون:

 

اشعه كاتدي در ميدان الكتريكي منحرف مي شود. (C)

 

اشعه كاتدي در ميدان مغناطيسي نيز منحرف مي شود. (A)

 

تامسونشدت دو ميدان مغناطيسي و الكتريكي را كههمزمان و عمود بر هم، در اطراف لوله اشعه كاتدي برقرار شده بود، به نحوي تنظيم كردكه اشعه كاتدي هيچگونه انحرافي نداشته باشد (B).

 

 

 

از برابر قرار دادن اين دو ميدان و انجام محاسبات لازم نسبت e/m را به دستآورد.

 

نکته: كار تامسون:محاسبة نسبت بار به جرم e/m

 

 

 

كار ميليكان (آزمايش قطره روغن):

 

 

 

ميليكان با آزمايش و انجام محاسبات ابتدا مقدار بار الكتريكي و سپس با كمك اين نسبت (e/m) جرم الكترون را بدست آورد.


لومينانس (تابناكي)

 

مواد لومينانس شامل دو حالت فلوئورسانس و فسفرسانس است .لومينانس (تابناكي) :پديده نورافشاني جسمي پس از قرار گرفتن در معرض اشعه

 

هانري بكرل بطور تصادفي به پديده پرتوزايي پي برد.

 

• 1- فلوئورسانس: خاصيت فيزيكي برخيمواد كه با قطع منبع نور تابش قطع مي شود.
• 2- فسفرسانس: خاصيت فيزيكي برخيمواد كه با قطع منبع نور تا مدتي تابش ادامه دارد.
• 3- توليد اشعهX:رونگتن (كاشف اشعه X) با تاباندن اشعه كاتدي روي يك آند فلزي توانست اشعه X راتوليد كند.

 

مواد راديو اكتيو يا پرتوزا: موادي هستند كه به طور طبيعي و خود به خود (بدون دخالت عوامل خارجي) از خود اشعه (پرتو) ساطع مي كنند. به پرتو تابيده شده از سوي اين مواد اشعه راديو اكتيو و اين پديده را پديده راديواكتيويتي يا پرتوزايي مي گويند.

 

فرق لومينانس با پديده راديواكتيويتي: لومينانس يا پديده تابناكي، با جذب نور تابناك مي شود و نور مي دهد اما پديده راديواكتيويتي بدون جذب نور و خود به خود انجام مي شود.

 

علت پرتوزايي مواد، ناپايداري هسته هاي مواد راديواكتيو مي باشد. اين تغييرات در هسته اتم اتفاق مي افتد. اين مواد (مواد راديواكتيو) هنگامي كه از خود اشعه يا ذره يا هر دو را تابش مي كنند تا حدي پايدار مي شوند.

مواد داديو اکتيو سه نوع تابش دارند: آلفا ،بتا، گاما

 

هر گاه از يك منبع راديواكتيو يك باريكه پرتو را از ميان دو صفحه باردار عبور دهيم باريكه پرتو به سه تابش گفته شده تقسيم مي شود.

ويژگي اشعه آلفا: از جنس هسته هليم He2+ مي باشد و جذب صفحه منفي مي شود.

 

قدرت نفوذ كمتري از بتا و گاما دارد و بار آن مثبت است. هليم اتمي است كه 2الكترون، 2 پروتون و 2 نوترون دارد.

 

 

 

(هسته هليوم فقط دو پروتون و دو نوترون دارد).

 

ويژگي اشعه بتا: از جنس الكترون و داراي بار منفي است و جذب صفحه مثبت مي شود. قدرت نفوذ آن از آلفا بيشتر و از گاما كمتر است.

 

ويژگي اشعه گاما: بار ندارد. در صفحه هاي باردار منحرف نمي شود، از جنس اشعه X

 

مدلاتمي رادرفورد: اتم هسته دار

 

رادرفورد با آزمايش بمباران ورقه نازك طلا با ذره هاي آلفا مدل اتم هسته داررا ارائه داد.

 

رادرفورد ورقه نازكي از طلا را بوسيله اشعة آلفا بمباران كرد. انتظار داشتتمامي اشعه آلفا از سطح نازك طلا عبور كند (طبق مدل اتمي تامسون) اما با كمال تعجبديد:

 

1- دسته اي از اشعه ها بدون انحراف عبور كردند (بيشترين درصد اشعه)

 

2- دسته اي اشعه ها با انحراف عبور كردند (درصد كمي)

 

3- دسته اي از اشعه ها بازگشت پيدا كردند (درصد بسيار كم)

 

- انحراف و بازگشت آلفا در واقع نشان داد كه در اتم هاي بارهاي مثبت متمركزهستند:(رد نظريه تامسون كه بارهاي مثبت را فضا ابرگونه و پراكنده فرض كرده بود.)- انحراف به علت عبور از نزديكي هسته (بار مثبت اتم)

 

- بازگشت در برخورد با هسته (هسته اي كوچك با جرم بسيار زياد.)

 

 

 

نتايج آزمايش رادرفورد:

 

1ـ بيشترين حجم اتم فضاي خالي است .

 

 

 

2ـ بارهاي مثبت متمركز هستند (نه پراكنده)يعني وجود ميدان الكتريكي قوي دراتم را نشان مي داد.

 

 

 

3ـ اتم هسته ي كوچك و جرم بسيار زياد

 

براي تصور بهتر از آزمايش رادرفورد اينجارا کليک کنيد 

 

http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/essentialchemistry/flash/ruther14.swf

 

كشف پروتون

دومين ذره كشف شده پروتون نام گرفت.
تامسونو ساير دانشمندان به دلايل زير به اين نتيجه رسيده بودند كه در اتم علاوه برالكترون، بايد ذره اي با بار مثبت نيز وجود داشته باشد.
1- اتم ها از نظرالكتريكي خنثي هستند. پس براي خنثي كردن بار منفي الكترون بايد ذره اي با بار مثبتدر اتم وجود داشته است.
2- الكترون ها ذره اي بسيار سبك هستند و اين واقعيتنشان مي دهد كه در اتم ها بايد ذره يا ذره هايي با جرم بسيار بيشتر وجود داشتهباشند تا وجود آنها سنگين تر بودن اتم نسبت به الكترون را توجيه كند. پروتون ذره ايبا بار نسبي 1+ (الكترون بار نسبي 1ـ) و جرمي 1837 بار سنگين تر از جرم الكتروناست.

· كشفنوترون

· رادرفورد وجود ذره ديگري در اتم را كه خنثي بودحدس زد.
· او گفت كه در اتم هيدروژن يك پروتون و در اتم هليم دو پروتون وجوددارد. پس بايد جرم هليم دو برابر جرم هيدروژن باشد.اما اين طور نبود (بلكه جرم هليمچهار برابر جرم هيدروژن مي باشد.) او گفت پس بايد ذره ديگري در كار باشد. كه جرم آنحدوداً نزديك به جرم پروتون است و اما در بار اتم نقشي ندارد (يعني خنثي است
اماچادويك با آزمايش (* بمباران Be (برليم) توسطه اشعه α) پي به وجودنوترون
برد وآن را كشف كرد.


كشف عدد اتمي (Z)

 

موزلي با مطالعه اشعه ايكس توليد شده (در لامپ اشعه x) و بررسي فركانس اشعه ايكستوليد شده، متوجه شد فركانس اشعه Xبا افزايش جرم اتم افزايش مي يابد. سپس مقدار كلبار مثبت درون هسته هر اتم را حساب كرد. از تقسيم مقدار كل بار مثبت هسته 0بر بارالكتريكي يك پروتون تعداد پروتون هاي درون هسته هر اتم را پيدا كرد

 

 

 

از آن جايي كه اتم ذره اي خنثي است. بنابراين تعداد الكترون ها نيز از روي عدداتمي (Z) مشخص مي شود. از روي عدد اتمي مي توان نوع عنصر را معين كرد.

 

در واقع ماهيت هر عنصر به عدد اتمي (Z) آن بستگي دارد.

 

يعني اتمي كه داراي 6 پروتون و 6 الكترون باشد كربن است.

 

جرم يك اتم به تعداد پروتون و نوترون درون هسته آن بستگي دارد. (از جرمالكترون بعلت

 

 

 

ناچيزي صرف نظر مي كنيم)

 

از اين رو به مجموع تعداد پروتون و نوترون يك اتم عدد جرمي مي گويند و به A نمايش مي دهند.

 

 

 

جرم اتم ها را با دقت بسيار زيادي با دستگاهي بنام طيف سنج جرمي اندازه گيري مي .

 

 

 

كنندبه كمك اين دستگاه معلوم شده كه جرم همه اتم هاي يك عنصر يكسان نيست.

 

از آن جائيكه تعداد پروتون ها در همه اتم هاي يك عنصر يكسان است پس تفاوت درتعداد

 

 

 

نوترون است (و اين يعني مفهوم ايزوتوپي)

 

در واقع ايزوتوپ ها اتم هاي يك عنصر هستند كه عدد اتمي (Z) يكسان و عدد جرمي (A) متفاوت دارند.

 

نكته:هيدروژنداراي سه ايزوتوپ است. هيدروژنتنها عنصري است كه نوترونندارد

 

نكته: خواص شيميايي ايزوتوپ هاي يك عنصر يكسان است زيرا خواص شيميايي يك عنصر بهالكترون ها و پروتون هاي آن بستگي دارد. ولي خواص فيزيكي ايزوتوپ ها با هم متفاوتاست (يعني از نظر جرم سنگيني ـ چگالي و نقطه جوش و ...)

 

نكته: ايزوتوپ ها به دليل داشتن عدد اتمي يكسان مكان يكساني در جدول تناوبيدارند. ايزوتوپ يعني (هم مكان) به همين دليل جرم ميانگين عنصرها را حساب مي كنند ودر جدول تناوبي عناصر قرار مي دهند.

 

 

 

اساس دستگاهطيف سنج جرمي:

 

 

 

گاز ابتدا يونيزه مي شود سپس در ميدان الكتريكي شتاب مي گيرند هنگاميكه درميدان مغناطيسي وارد مي شود به علت e/m هاي متفاوت از هم جدا مي شوند و اگرآشكارسازي باشد بطور مثال براي نئون سه لكه جدا روي آن خواهد افتاد

 

چون e/m هاي هر سه يكي نيست در ميدان مغناطيسي انحراف متفاوت پيدا مي كنند. ميزان انحراف در ميدان مغناطيسي به مقدار بار و جرم بستگي دارد

 

 

 

جرم يك اتم

 

اتم ها ذرات بي نهايت ريزي هستند و جرم يك اتم آنقدر كم و ناچيز است كه نميتوان با دقيق ترين ترازوها نيز جرم آن را بدست آورد.

 

اما بطور تجربي مي توان جرم يك اتم را نسبت به اتم ديگر بدست آورد.

 

در ابتدا هيدروژن و اكسيژن اساس سنجش جرم اتم ها بوده اند.اما اكنون براساستوافق بين المللي 12/1 جرم يك اتم ايزوتوپ كربن 12 به عنوان واحد جرم اتمي پذيرفتهشده و به آن amu1 مي گوييم .جرم اتمي عبارت از جرم اتم در مقياس واحد جرم اتمي.

 

 

 

دانشمندان جرم اتم كربن را دقيقا برابر 120.000 قرار دادند و 12/1 آن را مبنايمقياس تمامي اتم ها قرار دادند.

 

1 amu = جرم يك نوترون جرم يك پروتون

 

 

 

1 / 2000 amu = جرم يک الکترون

 

 

 

پس مي توان با در دست داشتن تعداد پروتون و نوترون يعني عدد جرمي بدَستآورد.

 

اتم (B ) بور داراي 5 الكترون 6 پروتون مي باشد:

 

جرم اتمي بور

 

 

 

با توجه به وجود ايزوتوپ ها (اتم هاي يك نوع عنصر كه داراي جرمهاي متفاوتيهستند.) و

 

 

 

تفاوت در فراواني آنها براي بدست آوردن جرم نمونه هاي طبيعي از اتم ها ي عنصرهاي

 

 

 

مختلف جرم اتمي ميانگين به كار مي رود.

 

...+ جرم ايزوتوپ (2)× كسر فراواني ايزوتوپ (2) + جرم ايزوتوپ (1)× كسرفراوانايزوتوپ (1) = جرم اتمي ميانگين

 

توليد رنگهاي متفاوت در هنگام آتش بازي:

 

در آزمايش شعله هنگاميكه مثلاً تركيب مس دار داشته باشيم، رنگ آبي شعله بهسبزي

 

 

 

مي گرايد. و اگر در لوله پرتوي كاتدي گاز هيدروژن باشد به رنگ صورتي در مي آيد.

 

اين سؤال در ذهن به وجود مي آيد كه اين رنگها چگونه توليد مي شود و مربوط بهچيست؟

 

 

 

اگر رنگ توليد شده از ملتهب شدن گاز هيدروژن در لوله پرتوي كاتدي به وسيله منشور

 

 

 

تجزيه كنيم و آن را بر روي آشكارساز (فيلم عكاسي) ظاهر كنيم، مي بينيم كه يكالگو

 

 

 

ظاهر مي شود. اين الگوي انرژي منحصر به فرد را طيف مي گويند. به نور نشر شده از

 

 

 

اتم هاي ملتهب كه مورد تجزيه قرار مي گيرند (به وسيله منشور) طيف نشري خطي ميگويند.

 

طيف:

 

1ـ پيوسته:مثل طيف نوري سفيد كه از منشور گذرانده شود، كه تمام طول موج هاينور مريي را دارد، به طوريكه نوار رنگي با كناره ي نوار مجاور در هم مي آميزد.

 

2ـ ناپيوسته (گسسته): يا خطي ـ نواري (طيف عناصر) به حالت ملتهب (برانگيخته)

 

مجموعه از بعضي طول موج ها را دارد.

 

طيف:

 

1- جذبي: خطهاي تاريك در زمينه ي روشن معرف طول موجهاي جذب شده هستند.

 

2- نشري: (گسيلي): خطهاي روشن در زمينه ي تاريك معرف طول موج هاي گسيليهستند.

 

· با گذراندن طيف جذبي و نشري يك عنصر بر روي هم يك طيف پيوسته بوجود ميآيد.

 

در طيف نشري و طيف جذبي هر عنصر فقط طول موجهاي معيني وجود دارد (نه همه ي

 

 

 

طول موج ها، خطهاي معين و مشخص و ثابت چه در زمينه ي روشن و چه در زمينه يتاريك)

 

· اتم هر عنصر همان طول موجهايي را از نور سفيد (طيف پيوسته) جذب مي كند، كه

 

 

 

اگر به اندازه كافي گرم شود همان طول موج ها را تابش و نشر مي كند.

 

· هر خط در طيف؛ مربوط به يك طول موج با انرژي مشخص و ثابت است.

 

· طول موج مربوط به هر خط جذبي برابر؛ طول موج از طيف نشري همان عنصراست.

 

(طيف پيوسته)              نور سفيد تمام طول موج ها رادارد

 

 

 

(طيف نشري خطي) بعضي از طول موج ها را دارد. (در زمينه سياه )

طيف جذبي  بعضي از طول موج ها را ندارد. (در زمينه روشن)

 

كشف رابطه ميان طيف (الگوي ثابت انرژي) با ساختاراتم:

 

وجود يك ارتباط معني دار ميان الگوي ثابت و مشخص و معين انرژي (يعني همانطيف نشري خطي هيدروژن) با ساختار اتم، ذهن دانشمندان را به خود مشغول كرد. مدل اتميرادرفورد براي توجيه اين طيف نارسا بود.زيرا طبق مدل اتمي رادرفورد الكترون ها درطراف هسته قرار گرفته اند.

 

در مدل اتمي رادرفورد در رابطه چگونگي توزيع الكترون در اطراف هسته توجيهدرستي نبود.. پس، از توجيه طيف خطي و گسسته اتم هاي عناصر عاجز خواهد بود. طبق اينمدل الكترون مي تواند هر مقدار

 

انرژي را داشته باشد. (طبق اين مدل، اگر الكترون ثابت و ساكن فرض شود، بهعلت جاذبه هسته، روي هسته سقوط خواهد كرد.) و يا اگر حركت داشته باشد، يك حركتمارپيچي كه انرژي الكترون رفته رفته كم شود و با تابش طيف پيوسته، نهايتاً روي هستهسقوط خواهد كرد.

 

 

 

حركت مارپيچي (حلزوني) به طرف هسته سرنوشت مدل اتمي رادرفورد

 

 

 

مدل اتميبور

 

* بور با ارائه مدل تازه اي براي اتم هيدروژن، اين نارسائي را تا حدي برطرفكرد:

 

1) الكترون در اتم هيدروژن در مسيري دايره اي شكل به دور هسته گردش ميكند.

 

2) انرژي اين الكترون با فاصله آن از هسته رابطه اي مستقيم دارد

 

3) اين الكترون فقط مي تواند در فاصله هاي معين و ثابتي پيرامون هسته گردش كند.

 

 

 

در واقع الكترون تنها مجاز است كه مقادير معيني انرژي را بپذيرد. به هر يك ازاين مسيرهاي دايره اي (مدارها) مجاز، تراز انرژي مي گويند. تعداد اين ترازهاي انرژيدر اتم اندك است.

 

4) اين الكترون معمولاً در پائين ترين تراز انرژي ممكن (نزديكترين مدار به هسته) قرار دارد. به اين تراز انرژي، حالت پايه گويند.

 

5) با دادن مقدار معيني انرژي به اين الكترون، مي توان آن را قادر ساخت كه ازحالت پايه (ترازي با انرژي كمتر) به حالت برانگيخته (ترازي با انرژي بالاتر) انتقالپيدا كند.

 

6) الكترون در حالت برانگيخته، ناپايدار است، از اين رو همان مقدار انرژي را كهپيش از اين گرفته بود، از دست مي دهد و به حالت پايه باز مي گردد.

 

 

 

از آنجائي كه انرژي اضافه الكترون در حالت برانگيختگي باعث ناپايداري اتم ميشود، اتم

 

 

 

تمايل دارد حالت ناپايدار را يا از دست دادن انرژي به حالت پايه اتم كه حالتپايدار است،

 

 

 

برسد. اين انرژي را در ناحيه مرئي به صورت نشر نور از دست مي دهد. نشر نور، باطول

 

 

 

موج معين (يعني همان خط هائي كه در طيف مي ديديم.)

 

مقدار انرژي لازم براي جهش الكترون بين دو سطح را كوانتوم گويند:

 

انرژي يك كميت كوانتومي است. (معني كوانتومي = پيمانه اي ـ بسته اي ـ كميت

 

 

 

ناپيوسته و گسسته كه داراي مقدار معيني انرژي مي باشد.)

 

بور با كوانتيده در نظر گرفتن ترازهاي انرژي يا به عبارت ديگر، كوانتومي درنظر گرفتن

 

 

 

مبادله انرژي هنگام جابجائي ميان ترازهاي ياد شده، توانست با موفقيت طيف نشري

 

 

 

خطي هيدروژن را توجيه كند.

 

طبق نظريه بور، الكترون فقط وقتي مي تواند تابش كند و نور منتشر كند كهازمدار بالاتر به

 

 

 

مدار پائين تر بيفتد و هنگامي كه الكترون در مدار خود هست، انرژي معيني دارد وپايدار

 

 

 

است. (مدار مانا).

 

 

 

انرژي يك الكترون نيز كوانتومي است. يعني مقدار معيني انرژي (نه هر مقدار) وچون

 

 

 

انرژي لازم براي جهش الكترون بين دو تراز انرژي اتم نيز كوانتومي است، هنگامي كه

 

 

 

الكترون به مدار خود برمي گردد، انرژي اضافي خود را كه كسب كرده بود، دوباره ازدست

 

 

 

مي دهد و نور نشر مي كند، يعني داراي طول موج معين نيز خواهد بود. (يعني همان خط

 

 

 

هاي مشخص در طيف كه داراي طول موجهاي معين بودند.)

 

 

1- پيوسته: مانند مساحت زمين، پارچه، ... كه هر اندازه مي تواند باشد

 

كميت ها: 2 متر مربع يا 5/2 متر مربع يا هر مقدار دلخواه ديگر)

 

2- گسسته يا ناپيوسته: مانند تعداد دانش آموزان (21 دانش آموز، ياكمتر

 

 

 

يا بيشتر نه 2/22 دانش آموز)

 

 

تعداد الكترون، بار الكتريكي الكترون، تعداد اتم، مقدار انرژي همه كميتهايناپيوسته يا

 

كوانتومي يا بسته اي يا پيمانه اي مي باشد كه فقط مقدارهاي معين و مشخص رادر

 

برمي گيرند، نه هر مقداري را.

 

اساساً در جهان دو نوع رفتار قابل مشاهده است: رفتار (خواص) ذره اي ـ رفتار (خواص) موجي

 

پلانك خاصيت ذره اي براي ذرات قائل بوده (مثل نور) دوبروي با پذيرفتن رفتارذره اي

 

 

 

رفتار موجي را به ذرات نسبت داد.

 

مانند نور كه هم خاصيت ذره اي و هم خاصيت موجي دارد. رفتار ذره اي مانندهنگاميكه

 

 

 

با برخورد فوتون به سطح فلز سزيم (در چشم الكترونيك) جريان الكتريسيته برقرارشود.

 

 

 

(الكترون ها از سطح فلز سزيم جدا مي شود.)

 

نكته: نور از ذرات ريز به نام فوتون درست شده است.

 

نكته: فلز سزيم عنصر گروه اول جدول تناوبي كه داراي انرژي يونش بسيار پاييناست.

 

الكترون ظرفيتي آن (الكترون لايه آخر) به راحتي و با كمترين انرژي جدا ميشود.

 

گسترش مفهوم دوگانگي موج ـ ذره توسط دوبروي انجام شد.

 

موج ـ ذره = Wave - Particle

 

 

 

موره = Wavticle

 

 

 

دوبروي به الكترون ها طول موجي نسبت داد.الكترون ها نيز داراي دو رفتار ذرهاي و موجي هستند.

 

در اشعه كاتدي خاصيت ذره اي الكترون را و در ميكروسكوپ الكتروني رفتار موجيرا داريم.

 

ذرات بسيار ريز (نظير اتم و مولكول و ...) كه با نور مرئي (به علت بلندي طولموج) قابل

 

 

 

ديدن نيست با ميكروسكوپ الكتروني كه با الكترون با طول موج كوتاه كار مي كندقابل

 

 

 

ديدن مي شود.

 

نكته: اساساً وقتي ما چيزي را مي بينيم كه از آن جسم نور به چشم ما برسد.

 

دانشمندان در ميكروسكوپ الكتروني با تنظيم سرعت الكترون طول موج آن را تغييرمي

 

 

 

دهند و هر چه سرعت بيشتر طول موج كوتاه تر مي شود (پس امكان تصويربرداري از ذرات

 

ريز ممكن مي شود.)

 

هايزنبرگ مي گويد: الكترون ها به علت كوچكي و سرعت بالايي كه دارند هرگز نمي

 

 

 

توان محل دقيق و سرعت آنها را همزمان به دست آورد.

 

اصل عدم قطعيت هايزنبرگ:هرگزنمي توان محل دقيق (موقعيت و سرعت و اندازه حركت)

 

 

 

الكترون را همزمان به دست آورد.

 

دانستيد كه الكترون علاوه بر خصلت ذره اي، خصلت موجي، نيز دارد اين خصلت دوگانه

 

 

 

باعث مي شود كه هرگز نتوان چگونگي جابه جا شدن الكترون از نقطه اي به نقطه اي

 

 

 

ديگر را معين كرد و نيز نمي توان موقعيت الكترون در اتم دو هر لحظه از زمان مشخص

 

نمود:

 

 

 

در مدل كوانتومي (نظريه شرودينگر) كه بر پايه خواص موجي الكترون ها، استوار

 

 

 

است به جاي صحبت از مكان دقيق الكترون، احتمال حضور آن در فضاي معيني دراطراف

 

 

 

هسته را مورد توجه قرار مي دهيم. چنين فضايي را اوربيتال مي ناميم.

 

اوربيتال:فضايي در اطراف هسته است كه احتمال يافتن الكترون در آن بيش از 90%

 

باشد. (البته مانند مدل بورانرژي الكترون كوانتيده است).

 

1ـ احتمال حضور الكترون در جاهاي گوناگون در اطراف هسته به وسيله نقطه هايي

 

 

 

نشان داده مي شود. تراكم اين نقطه ها در اطراف هسته به صورت ابري در مي آيد كهبه

 

 

 

آن ابر الكتروني مي گوييم هر جا كه تراكم ابر الكتروني يا نقطه ها بيشتر باشد،احتمال

 

 

 

حضور الكترون در آن جا نيز بيشتر است.

 

2ـ اوربيتال يك فضاي احتماليست كه مي تواند شكل هاي مختلفي داشته باشد. اوربيتال

 

 

 

ها را با حروف مشخصي نامگذاري مي كنيم. اوربيتال s و p و d و f.

 

 

 

Sكروي و P به صورت دمبل مي باشد.

 

 

 

براي مشخص کردن جايگاه الکترون از اعداد كوانتومي (m_s,m_l,l,n) كمك مي گيريم

 

. (پس هر الكترون در هر اتمي داراي مشخصات  شناسامه اي و كد مخصوص است.)

 

هيچ دو الكترون در يك اتم نمي تواند چهار عدد كوانتومي يكسان داشته باشند.

 

ممكن است در سه عدد كوانتومي m_l,l,n   يكي باشند اما در m_sبايد متفاوت باشند 

 

 

 

روش پر كردن اوربيتال ها: روش آفبا

1. الكترون ها به ترتيب در اوربيتال هايي جاي مي گيرند كه كمترين سطح انرژيرا داشته باشند.
2. در هر اوربيتال حداكثر دو الكترون با اسپين مخالف مي تواندقرار بگيرد.
(اصل طرد پاولي: هيچ دو الكتروني در اتم نمي تواند چهار عددكوانتومي يكسان داشته باشد.)
3. اصل هوند در يك زير لايه مثلاً 2p يا 3d ابتدابه هر اوربيتال يك الكترون تعلق مي گيرد. (با اسپين موازي و همسو) سپس جفت شدن آغازمي شود.
مطابق شكل قرار مي گيرد.
سپس جفت مي شوند.

اين شكلپايدارترين حالت است پس هرآرايش ديگري ناپايدار است. نظير شكلهاي زير:

آرايشالكتروني اتم:
هيدروژن به خاطر داشتن تنها يك الكترون سطحانرژي زير لايه ها در هر لايه ي الكتروني اصلي فقط به n (عدد كوانتومي اصلي وابستهاست. اما در اتمهاي ديگر با بيش از يك الكترون انرژي زيرلايه ها هم به nوl بستگيدارد. بنابراين طبق شكل زير در اتم هيدروژن (با داشتن فقط يك الكترون) زير لايه هادر هر لايه الكتروني اصلي هم تراز و هم انرژي هستند.
اما در اتمهاي با بيش ازيك الكترون زير لايه ها در هر لايه اصلي الكتروني هم ترازي خود را از دست ميدهند.

 

 

 

ادامه ...

نكته: در يك تراز انرژي معين و انرژي اوربيتال هاي P از انرژي اوربيتال هاي s بيشتر است و

 

s>p>d>f 

 

نكته: افزايش انرژي اوربيتال هاي اتمي طبق اصل آفبا با رعايت اصل طرد پاولي و اصل هوند به ترتيب زير است. 

 

1s<2s<2p<3s<4s<3d<4p<....... 

 

وي پر شدن زير لايه ها مربوط به تراز انرژي اصلي دراتم

 

در مورد روش افبا به طور خلاصه مي توان گفت  

 

ns (n -2) f (n-1)d np

 

نكته: مقايسه دو اوربيتال از نظر سطح انرژي

 

• 1- اوربيتالي كه مجموع اعداد كوانتومي اصلي و اوربيتالي آن پايين تراست سطح انرژي پايين تري قرار دارد و به هسته نزديك تر است.

 

2s<2p 

 

3=1+2                   2=0+2
-  اگر مجموع اعداد كوانتومي اصلي (n و l) اربيتالي برابر شود در اين صورت آن كه عدد

 

كوانتومي اصلي  پايين تر دارد (n كوچكتر) در سطح انرژي پايين تر قرار دارد. 

 

3d<4d 

 

5=1+4                   5=2+3

 

نكته: به طور خلاصه در مدل كوانتومي دانستيم كه الكترون ها در اطراف هسته اتم در يك سري ترازهاي اصلي  قرار دارند.

 

هر تراز انرژي خود ا زيك چند زيرلايه (l) تشكيل شده است و در هر زير لايه يك چند اوربيتال هم شكل و هم انرژي و هم تراز (مثلاً 3 تا اوربيتال Pبا مثلاً 5 اوربيتال d و با 7 اربيتال d) با جهتهاي متفاوت قرار دارد و در هر اوربيتال حداکثر دو الکترون در يک اوربيتال قابل توضيح است.

 

. حداكثر دو الكترون با اسپين متفاوت قرار دارند.

 

    چرا در هر اوربيتال حداكثر دو الكترون (چرا بيشتر يا كمتر نه؟) الكترون ها چگونه در يك اوربيتال كنار هم قرار مي گيرند طبق مشاهدات تجربي براي توجيه برخي خواص فيزيكي اتم ها (مثلاً نظير خواص مغناطيسي آن ها و يا مغناطيسي نبودن آنها)نسبت دادن دو الكترون در يك اوربيتال قابل توضيح است.

 

پس اتم هايي كه داراي الكترونهاي منفرد باشند از خود خواص مغناطيسي نشان مي دهند و اتم هايي كه تمام الكترون هاي آنها زوج شده باشد خواص غير مغناطيسي نشان ميدهند. الکترون ها داراي دونوع حرکت هستند.

 

• 1- حركت اربيتالي (حركت الكترون به دور هسته اتم)

 

• 2- حركت اسپيني (حركت به دور خود)

 

    چون الكترون ذره ي باردار است در حين حركت در اطراف خود ميدان مغناطيسي ايجاد مي كند و تبديل به يك آهن رباي كوچك مي شود (حال اگر قرار باشد دو الكترون در كنار هم در يك اربيتال قرار بگيرند بايد جهت حركت انها مخالف هم باشند تا ميدان مغناطيسي ايجاد شده (نيروي جاذبه مغناطيسي ايجاد شده دو  با ر هم نام الكترون ) بر نيروي دافعه دو بار الكتريكي منفي هم نام را از بين ببرد. (پس در يك اربيتال دو الكترون دو جهت ساعتگرد و پاد ساعتگرد را به خود مي گيرند. 

 

حال اگر قرار باشد الکترونها در اربيتال هاي جدا قرارگيرند(مثلاسه اربيتال p ) به شکل اسپين موازي قرار ميگيرند که پايدارترين حالتاست.

 

آدرس دهي يك الكترون: با داشتن اعداد كوانتومي زير جاي الكترون در اطراف هسته راپيدا مي كنيم .

 

يعني اين الكترون در لايه اول در زير لايه s داراي يك اربيتال مي باشد كه ml آن صفر است واسپين 2/1+ (يعني اين الكترون در حركت به دور محور خود در جهت حركت عقربه هاي ساعت مي چرخد. اين  

 

مثال : اين اربيتال داراي چه اعداد كوانتومي است؟    3p_z          

 

 

 

n=3                                        l=1                   m_l=-1                 m_s=+1/2, -1/2      

 

 

 

 

 

حال بايد گفت كه الكترون ها در زير لايه ها مثلاً در زير لايه P چگونه قرار مي گيرند (در اربيتالهاي p_xp_y  p_z

 

نكته: طبق قاعده موند اربيتال هاي همتراز و هم انرژي يك لايه در پايدارترين وضعيت الكترون هايش به صورت موازي و هم سو در هر اربيتال يك الكترون و در صورت لزوم پس از اينكه هر اربيتال يك الكترون در آن قرار گرفت، جفت شدن الكترون ها صورت مي گيرد.

 

انرژي يونش

آموختيد كه يونش به معنايخارج كردن يك الكترون از اتم و ايجاد يون است اين عمل به انرژي نياز دارد.

 

انرژي لازم براي خارج كردن يك مول الكتريكي از يك اتم X در حالت گازي وايجاد يك يون يك بار مثبت در حالت گازي را انرژي نخستين يونش گويند.

 

 

 

به همين ترتيب انرژي دومين يونش، انرژي لازم براي خارج كردن يك مول الكترون ازيك مول

 

 

 

يون يا بار مثبت در حالت گازي و ايجاد يك مول يون دو بار مثبت در حالتگازي.

 

 

 

به همين ترتيب انرژي هاي يونش بعد را تعريف مي كنيم

 

IE1< IE2< IE3<.........

 

پس با دادن انرژي مي توان الكترونهاي يك اتم را از آن جدا كرد. (بابمباران)

 

 

 

با توجه به نمودار يونش متوالي ليتيم متوجه مي شويم كه كندن اولين الكترون 2s1 با

 

 

 

صرف انرژي معيني جدا مي شود اما دومين الكترون دشوارتر است زيرا از يك يون مثبتبايد

 

 

 

الكترون را جدا كرد و چون اتم ليتيم يك لايه از دست داده (با از دست دادن لايهدوم) حال

 

 

 

اين لايه اول و الكترون هايش هسته نزديك تر شده است.

 

 

 

و بعد سومين الكترون با انرژي بيشتر جدا مي شود چون بايد از يون Li2+ الكترون راجدا

 

 

 

نمود. (البته كندن الكترون بتدريج مشكل مي شود، پس جنبه محاسباتي دارد نهعملياتي)

 

با دقت درنموداردو گروه الكترونيمشاهده ميكنيم:

 

گروه الكتروني a: شامل يك الكترون در لايه دوم

 

گروه الكتروني b: شامل دو الكترون در لايه اول

 

 

 

در اتم ليتيم بين E1 و E2 رويE2 يك جهش داريم (يعني جايي كه لايه عوض ميشود)انرژي متوالي يونش مي باشد.

 

 

 

مثال ديگر: 5B داراي پنج

 

 

 

. دو گروه الكترونيدر بورقابل تشخيص است.

 

2. اتم بور داراي دو لايه است.

 

3. داراي يك جهش بزرگ بينE3 و E4 روي E4

 

4. گروه الكتروني a الكترون هاي دور از هسته (لايه دوم)

 

5. گروه الكتروني b الكترون هاي نزديك هسته (لايه اول)

 

افزايش انرژي يونش تدريجي است (به استثناء جايي كه لايه عوض مي شود)

 

 

 

يعني از الكترون 3 به 4 در اتم بور که داراي پنج الکترون است يعني يک جهش بزرگداريم

 

راه هاي مطالعه بر روي ساختار اتم:

 

 

 

١ـروش اول : مطالعه طيف اتمي عناصر

 

 

 

2ـ روش دوم: مطالعه برروي انرژي يونش هاي متوالي يكعنصر

 

پس با هر دو روش توانستيم به ساختار اتم يا بهتر بگوييم ترتيب قرار گفتنالكترون ها در اطرافهسته پي ببريم

 

 

 

نکاات اضافيپاياني

 

 

 

تمام تابشهاي الكترومغناطيسي خواص موجي دارند

 

 

 

طول موج: فاصله ي دو ماكزيمم يا دو مينيمم (يا هر دو نقطه ي مشابه و همفاز) روي دو موج متوالي را طول موج گويند.

 

فركانش: تعداد موجهايي كه از يك نقطه در يك ثانيه مي گذرند.

 

هرتز: 1/sرا يك هرتز گويند.

 

تابش الكترومغناطيس خصلت دو گانه ذره و موج دارد.جذب و نشر آن كوانتومي است. كه مقادير معيني انرژي دارد و فوتون نيز ناميده مي شود.

 

راه هاي برانگيختن اتم: قوس الكتريكي ـ جرقه الكتريكي ـ تخليه الكتريكي ـشعله (گرما دادن)

 

اگر اتم برانگيخته شود از خود نور نشر مي كند.

 

پوزيترون: ذره بنيادي با بار مثبت e+

 

جهش انرژي بزرگ: در انرژي يونش تفاوت فاحش وبزرگ بين دو انرژي يونش (بين لايه هاي اصلي)

 

جهش كوچك انرژي: در بين زير لايه يك لايه اصليتفاوت انرژي وجود دارد. (بين زير لايه ها)

 

آخرين مدل و نظريه ،مدل استاندارد ذره هاوبر هم كنش مي باشد.

 

طبق اين مدل هنوز الكترون هاذره ي بنيادي مي باشد. اما پروتون ها و نوترونها خود از ذراتي به نام كوارك تشكيل شده است.بنابراين پروتون و نوترون ديگر ذراتبنيادي نيستند.

 

ضرورت طبقه بندي عنصرها

 

دانشمندان با مطالعه بر روي عناصر متوجه شده بودند كه با وجود تفاوت بينخواص عنصرهامشابهت فيزيكي و شيمياييبين عناصر وجود دارد. تفاوت ها نيز از نظم وترتيب خاصي پيروي مي كند.

 

طبقه بندي عناصر، با توجه به تشابه برخي از عنصرها با يك ديگر، و نظم وترتيب موجود در تغييراتخواص آنها امكان پذير بود

 

 

 

(ادامه ی جزوه در اینجا مشاهده کنید)