اهورا1

 
نویسنده : الهه محجوب - ساعت ٧:۱٩ ‎ب.ظ روز ۱۳۸٧/۸/٢٩
 

  توجیه برخی ویژگیهای غیر عادی آب

از آنجا که بارهای الکتریکی نا هم نام یکدیگر را می ربایند ، قطب مثبت یک مولکول آب ، قطب منفی مولکول همسایه اش را جذب می کند . این نیروی جاذبه سبب می شود که مولکول هابتوانند در کنار هم قرار بگیرند ، از این رو به آن نیروی جاذبه بین مولکولی گفته می شود . در آب نیروی جاذبه بین مولکولی خیلی زیاد است ، چنین بنظر می رسد که اتم هیدروژن ، مولکولهای آب را در کنار هم نگه داشته است به همین علت به این نیروها پیوند هیدروژنی می گویند .بنابراین انرژی بالایی معادل j۲۲۶۰ مورد نیاز است که یک گرم آب را تبدیل به بخا رکند . هین نیروی قوی جاذبه بین مولکولهای آب سبب به وجود آمدن کشش سطحی زیاد می شود .  

 

  آب به عنوان یک حلال

آب به عنوان حلال می تواند تعداد بسیار زیادی از ترکیبات یونی مانند سدیم کلرید را در حوض حل کند . چون مولکول های آب قطبی هستند . سدیم کلرید در آب تبدیل به یون های( Na مثبت و Cl منفی ) در بین مولکولهای آب می شود . این محلول رسانای الکتریکی نیز هست . زیرا یون های مثبت محلول (کاتیون مثبت Na ) به طرف قطب منفی و یون های منفی محلول (آینون منفی Cl) به طرف قطب مثبت حرکت می کند و جریان برق را انتقال می دهند .  

 

  انحلال پذیری مواد جامد در آب

برای حل شدن مواد گوناگون در مقدار معینی آب در دمای اتاق محدودیتی وجود دارد. این محدودیت را انحلال پذیری یا قابلیت حل شدن آن ماده مشخص می کند . انحلال پذیری وابسته به دما است و می توان آن را با کمک منحنی انحلال پذیری نشان داد . بسته به میزان ماده حل شده ، محلول را به سه نوع تقسیم می کنند که عبارتند از محلول های سیر نشده ، سیرشده و فراسیر شده .  

 

  انحلال پذیری گازها درآ ب

انحلال پذیری گازها در آب هم وابسته به دما است . در دمای پائین تر میزان بیشتری گاز درآب حل می شود . به میزان اکسیژن حل شده در آب DO می گویند و آن را بر حسب PPm (قسمت در میلیون) بیان می کنند .  

 

  آلودگی گرمایی آب

در ماه های گرم تابستان رقابت میان موجودات زنده آبزی برای دسترسی به اکسیژن محلول افزایش می یابد . با توجه به اینکه در فصل گرم میزان اکسیژن حل شده در آب کمتر است و از طرفی برخی از کارخانه ها از آب برای سیستم خنک کننده ی خود استفاده می کنند و مجدداً آب گرم شده را به رودخانه و دریا بر می گرداند ،دمای آب بالا رفته و میزان اکسیژن کمتری را درخود حل می کند . این مسئله باعث مرگ و میر ماهی ها می شود.  

 

  آلودگی اسیدی آب

 

می دانیم که PH مقیاسی برای تعیین خاصیت اسیدی یا قلیایی بودن محلول است و محدوده آن از اسیدی ترین تا قلیایی ترین محلول به شکل زیر است :  

آب باران اندکی اسیدی است ، زیرا مقادیر کمی از ۲Co هوا را در داخل خود حل می کند و کربنبک اسید رقیق بوجود می آورد . با جریان یافتن آب باران در بستر جویبارها ممکن است موادی در آن حل شده و ph را بالا ببرند . گاه ممکن است با ورود پساب اسیدی و فاضلاب کارخانه ها به آب های طبیعی Ph آب کاهش یابد ، به گونه ای که ماهی توان ادامه زندگی در این Ph اسیدی را نداشته باشند .  

 

  آلودگی آب توسط کاتیون های سنگین

 

گاه ممکن است کاتیون های سنگینی مثل جیوه (Hg+2) ، سرب(Pb+2) و کادمیم(Cd+2) از طریق پساب های صنعتی به منابع آب وارد شده اند و آب را آلوده کنند . ضریب خطر یون های سنگین از این رابطه بدست می آید :140  

 

  تصفیه طبیعی آبها

آبها به طور طبیعی طی سه فرآیند زیر خود به خود تصفیه می شوند :
۱- جداشدن تقزیباً کامل مواد اولیه حل شده در آب به هنگام تشکیل برف و باران
۲- تجزیه برخی از مواد محلول و شناور به مواد ساده تر تویط باکتریها
۳- جداشدن مواد معلق ازآب به هنگام عبور از میان سنگ ریزه ها و ماسه ها
 

 

بخش ۱_قسمت سوم
آب سخت وروش های نرم کردن آن

عبور آبهای طبیعی دارای گاز دی اکسید کربن ، روی سنگ های آهکی باعث حل شدن تدریجی سنگ های آهکی شده و در آن کلسیم کربنات تبدیل به کلسیم هیدروژن کربنات می شود که عامل سختی موقت آب است . سختی موقت با گرم کردن آب از بین می رود .

اگر آب های طبیعی مقدار قابل توجهی یون های
Ca+2 و (Mg+2 یا Fe+2) داشته باشند ، نمی توان سختی آب را با گرم کردن از بین برد به این ویژگی سختی دائم می گویند . سختی دایم با افزودن مقداری سدیم کربنات به آب برطرف می شود.

 

  تصفیه آب شهری
آب شهری طی مراحی زیر تصفیه می شود :

۱- صاف کردن : این عمل توسط توری های فلزی آشغال گیر انجام می شود و طی آن مواد خارجی درشت مثل چوب ، سنگ و ... جدا می شود .

۲- کلرزنی مقدماتی : کلر که یک گتدزدای قوی است جهت از بین بردن میکروب های بیماری زا به آب افزوده می شود .

۳- لخته سازی و ته نشین کردن : برای آنکه گل و لای معلق در آب سریع تر ته نشین شود از عامل لخته کننده (
Al3+ و Fe3+ ) استفاده می شود .

۴- ته نشین شدن در حوضچه های آرامش : برای ته نشین شدن ذره های شناور در کلوئیدی و کامل شدن فرآیند لخته سازی به آب فرصت بیشتری داده می شود در این مرحله تابش نور خورشید به حوضچه های آب به از بین رفتن باکتری ها کمک می کند .

۵- گذراندن از صافی شنی :
مواد دیگری که پیش از این ته نشین نشده اند با صافی گرفته می شوند .

۶- گندزدایی پایانی :
در این مرحله مقدار نهایی کلر در آب طوری تنظیم می کنند که آب را از اثر باکتری های باقیمانده یا باکتریهایی که ممکن است وارد آب شوند در امان نگه دارند.
 

 

  تصفیه فاظلاب های شهری

لازم است که فاظلاب پیش از رها شدن در رودخانه تصفیه شود . تصفیه فاضلاب شامل مراحل زیر است :
۱- صاف کردن و جداکردن آشغال ها
۲- ته نشینی اولیه (مواد جامد به صورت لجن رسوب می کنند )
۳- هوادهی (باکتریهای هوازی بسیاری از مواد را تجزیه می کنند )
۴- ته نشینی نهایی
۵- گندزدایی با کلر
۶- برخی کارهای اختیاری مانند تنظیم
Ph و حذف یون های خطرناک
۷- ورود به رودخانه یا دریا
 

خود آزمایی
۱- کدام ویژگی آب سبب می شود ، این مایع به سرعت آلوده شود ؟

الف) کشش سطحی زیاد
ب) نقطه جوش بالا
ج) قدرت حل کنندگی زیاد
د) ظرفیت گرمایی ویژه ای زیاد  

 

  ۲- کدام عامل زیر ویژگی های غیرعادی آب را توجیه میکند ؟

الف) قطعی بودن مولکول آب
ب) خمیده بودن (
V شکل) مولکول آب
ج)وجود پیوند کووالانس بین اتم های آب
د) غیر قطبی بودن مولکول آب  

 

  ۳- کدامیک از مواد زیر عنصر است ؟

الف) ۲O
ب)
HCL
ج)
Nacl
د) ۳
CO ۲H  

 

  ۴- چرا یخ روی آب شناور می ماند ؟

الف) به علت نیروی جاذبه بین یخ و آب
ب) به علت هم جنس بودن یخ و آب
ج) به علت کمتر بودن چگالی یخ از آب
د) به علت پیوند مولکول های یخ و آب  

 

  ۵- برای از بین بردن سختی موقت و دایم ، کدامیک از موارد زیر صحیح است ؟

الف) سرد کردن – افزودن سدیم کلرید
ب) افزودن سدیم کربنات – گرم کردن
ج) افزودن سدیم کلرید – سرد کردن
د) گرم کردن – افزودن سدیم کربنات  

 

  ۶- سختی آب به کدامیک از یون های زیر مربوط است ؟

الف) فقط Ca2+
ب)فقط
Fe2+
ج)فقط
Mg2+
د)
Ca2+ و Mg2+ و Fe2+  

 

  ۷- کدامیک ا زیون های زیر باعث آلودگی آب نمی شود ؟

الف) Hg2+
ب)
Na+
ج)
Cd2+
د)
Pb2+  

 

  ۸- هر چه دمای مناسب آب برای زندگی یک نوع ماهی کمتر باشد میزان DO لازم برای زندگی آن ماهی ....................

الف) کمتر است
ب) بیشتر است
ج)فرق نمی کند
د) مناسب است  

 

  ۹- نزدیک به .......... سطح زمین و .......... جرم بدن ما آب است .

الف) 3/4 ، 1/3
ب) 3/4، 2/3
ج)1/2، 1/3
د) 2/4، 2/3  

 

  ۱۰- یک پشه می تواند روی آب بخوابد ، این نشانگر کدام ویژگی آب است ؟

الف) ظرفیت گرمایی ویژه زیاد
ب) تغییر حجم به هنگام یخ زدن
ج) کشش سطحی زیاد
د) پیوند های کووالانسی  

 

بخش ۳
مصرف دوباره تنها راه ادامه

 

  منابع طبیعی و منابع شیمیایی

منابع طبیعی به دو دسته تجدید پذیر مثل آب و خاک تقسیم می شوند . منابع شیمیایی را از هواکره ، آب کره و سنگ کره بدست می آوریم .  

 

  قانون بایستگی جرم

دریک واکنش شیمیایی جرم نه به وجود می آید و نه از بین می رود و در یک معادله ی شیمیایی باید مجموع جرم واکنش دهنده ها با مجموع جرم فرآورده ها برابر باشد یا واکنش موازنه باشد ، مثلا
C + O2=CO2
تعداد اتم ها در فرآورده ها = تعداد اتمها در واکنش دهنده ها
 

 

  تعریف مول

به تعداد ۱۰۲۳×۶/۰۲۲اتم یک ول گفته می شود . جرم یک مول را یک اتم گرم می گویند و آن را برحسب گرم بیان می کنند .واحد مول برای ذره های دیگر هم بکار می رود . در واقع یک مول از هر ذره (اتم ، مولکول یا یون ) به تعداد ۱۰۲۳×۶/۰۲۲ از آن ذره است . با توجه به جرم اتمی عناصر می توان جرم مولی یا مولکول گرم یک ماده را حساب کرد مثلاً جرم مولکولی Co2 مساوی است با مجموع جرم اتمی کربن و دو مولکول اکسیژن :

گرم بر مول ۴۴ = (۱۶×۲) + ۱۲= مولکول گرم
Co2
جرم اتمی اکسیژن جرم اتمی کربن
 

 

  عنصرهای شیمیایی و جدول تناوبی

عنصرها را بر اساس شباهت ها و تفاوت های خواص آنها به دو دسته ی فلزها و نافلزها طبقه بند ی می کنند . تعداد اندکی ا زعنصرها حواصی بین خواص فلزها و نافلزها دارند که به این عنصرها شبه فلز می گویند . مندلیف دانشمند روسی عناصر را با توجه به خواص آنها در یک جدول طبقه بندی کرد . این جدول هنوز هم مورد استفاده است . ستون های عمودی جدول شامل عناصری است که خواص مشابه دارند ، آن ها را گروه یا خانواده ی عناصر ها می نامند . مندلیف توانست برخی ویژگی های مهم یک عنصر را از روی خواص اصلی خانواده ای که در آن قرار دارد پیشگویی کند . برای مثال بعضی ا زخواص یک عنصر را می توان با میانگین گرفتن از خواص دو عنصر بالا و پائین آن عنصر تخمین زد . عناصری که در یک خانواده قرار دارند ترکیبات مشابهی را پدید می آورند . مثلاً اکسیژن و گوگرد در ترکیب با کربن تولید Co2 و So2 می کنند .
بسیاری از خواص عنصرها به تعداد الکترون ها در اتم های آن ها و چگونگی آرایش این الکترون ها در اطراف هسته ی اتم بستگی دارد . هرچی یک ماده سریعتر وارد یک واکنش شیمیایی معین شود می گوئیم واکنش پذیری آن ماده بیشتر است .
 

 

  زباله های شهری و راه های دفع آن

بخش عمده ای از زباله های شهری مانند پسماند مواد غذایی و کاغد ، زیست تخریب پذیرند ، یعنی این مواد پس از مدفون شدن در خاک ، در غیاب هوا ، به وسیله ی موجودات ذره بینی به مواد ساده تری تجزیه می شوند . از تجزیه ی مواد زیست تخریب پذیر ، زیست گاز (بیوگاز) تولید می شود که به طور عمده متان ، کربن و دی اکسید است. از سوزاندن زیست گاز می توان برای تولید انرژی و نیروی برق استفاده کرد . متان و کربن دی اکسید هر دو گاز گلخانه ای هستند اما اثر متان ۲۵ برابر کربن دی اکسید است . پس بهتر است به جای متان موجود در زیست گاز ، محصول احتراق آن یعنی کربن دی اکسید وارد هوا کره شود . یکی از راه های دفع زباله های شهری سوزاندن آن است و انرژی حاصل از آن برای تولید برق مصرف می شود .  

 

  چگونه می توان عمر منابع تجدید ناپذیر را طولانی کرد ؟

۱- بازنگری در مصرف
۲- کاهش میزان مصرف
۳- باز به کاربردی مواد
۴- بازگرداندن مواد برای باز فرآوری آنها
 

 

  زباله های جامد

عمده زباله های جامد در یک کشور پیشرفته صنعتی عبارتند از :
۱- کاغذ و مقوا که یک منبع تجدید پذیر وزیست تخریب پذیر است .
۲- مواد پلاستیکی که از نفت بدست می آیند و تجدید ناپذیرند و زیست تخریب شدنشان بسیار کند است .
۳- شیشه و آلومینیوم که تجدید ناپذیرند .
۴- پسماند مواد غذایی
۵- چوب و فلز
و دیگر زباله های جامد که از این مجموعه کاغذ و مقوا و مواد پلاستیکی وشیشه و آلومینیم قابل بازگردانی اند .
 

 

  زباله های پلاستیکی و بازگردانی آنها

زباله های پلاستیکی 7% جرمی و 30% حجمی زباله های جامد را تشکیل می دهند که این مواد یا زیست تخریب پذیر نیستند یا تخریب آنها بسیار آهسته است . بازگردانی زباله های پلاستیکی از نظر حفظ محیط زیست اهمیت زیادی دارد و این عمل باعث افزایش طول عمر ذخایر نفتی که تجدید ناپذیرند می شود . از پلاستیک های بازیافت شده در ساختمان سازی ، صنایع بسته بندی ، ساخت ظروف لاستیکی ، نیمکت پارک ها ، میز و صندلی و ... استفاده می شود .  

 

  زباله های کاغذی و بازگردانی آنها

کاغذ و مقوا از زباله های قابل بازگردانی اند . از آنجا که برای تولید هر تن کاغذ حدود 17 درخت تنومند لازم است و 25 سال طول می کشد که یک نهال رشد کند و درخت بزرگی بشود و ساختن کاغذ انرژی زیادی لازم دارد . بازگردانی کاغذ به صرفه است . در فرآیند بازگردانی کاغذهای باطله را در آب گرم به صورت خمیر در می آورند و پس از سفید کردن خمیر کاغذ ، از آن برای تهیه کاغذ استفاده می شود  

 

  راه های دیگر افزایش عمر منابع طبیعی

یکی ا زمهمترین این راهها جایگزینی است . امروزه در برخی کشورها با توجه به افزایش مصرف ، برای بازگردانی و هم چنین یافتن جایگزین مناسب برای بعضی از کاربردهای موادی که از منابع تجدید ناپذیر بدست می آیند بالاخره روزی تمام می شوند بنابراین برای حفظ این منابع سعی که از بازگردانی و پیداکردن جایگزین مناسب استفاده کنند . پس امروزه از رشته های نوری به جای کابل های مسی در شبکه های ارتباطی استفاده می شود.(جایگزینی )  

خودآزمایی
۱- اثر گلخانه ای مدام گاز زیر بیشتر است ؟

الف) Co2
ب)
CH4
ج)
O3
د)
Ar

 

  ۲- طلای کثیف چیست ؟

الف) نفت
ب)خاک
ج) زباله
د) هوای آلوده
 

 

  ۳- کدام فلز زیر رسانایی بالاتری دارد ؟

الف) نقره
ب)طلا
ج) مس
د) آهن
 

 

  ۴- بیوگاز از چه گازی تشکیل شده است ؟

الف) H2
ب)
O2
ج)
N2
د)
CH4  

 

  ۵- ترکیب Cs2 مشابه کدامیک از ترکیب های زیر از نظر ساختاری است ؟

الف) H2s
ب)
Co2
ج)
C2H2
د)
CH4  

 

  ۶- یک عنصر ، رسانای الکتریسیته و گرما است و دمای ذوب آن منفی است ، این عنصر کدام است ؟

الف) C
ب)
Mg
ج)
Na
د)
Hg  

 

  ۷- کدامیک قابل بازگردانی نیست ؟

الف) چوب
ب) شیشه
ج) فلز
د) کاغذ و مقوا
 

 

  ۸- واحد جرم مولی چیست ؟

الف)Kg/mol
ب)
g/mol
ج)
mol/ اتم
د) هیچکدام
 

 

  ۹- در یک واکنش موازنه شده جرم فرآورده ها و واکنش دهنده ها چگونه است ؟

الف) جرم فرآورده ها بیشتر است .
ب) جرم واکنش دهنده ها بیشتر است .
ج) جرم فرآورده ها و واکنش دهند ها مساوی است .
د) هیچکدام
 

 

  ۱۰- کدامیک از خواص فلزات نیستند ؟

الف) نقطه ذوب جوش بالا
ب) رسانایی
ج) شکنندگی
د) سطح براق و درخشان
 

 

  سئوالات تشریحی

۱- قانون بایستگی ماده را با مثال شرح دهید .

۲- زباله های جامد شهی شامل چه موادی است وکدامیک قابل بازگردانی است ؟

۳- بیوگاز چیست و چگونه می توان از یک بیو گاز انرژی تولید کرد ؟

۴- یک مول فلز مس (
CU) و یک مول گاز اکسیژن (O2) و یک مول آب (H2O) جرمهای نا مساوی دارند . در حالیکه از تعداد مساوی ذره تشکیل شده اند ، علت را شرح دهید .

۵- زباله های پلاستیکی را چگوه بازگردانی می کنند ؟ فایده این عمل چیست ؟

۶- چگونه می توان خواص بعضی از عناصر را در جدول مندلیف پیش بینی کرد ؟

۷- منظور از واکنش پذیری چیست ؟یک مثال بیاورید .

۸- تحول در صنعت بسته بندی چه اثرات مثبت و منفی بر زندگی انسان داشته است؟

۹- چگونه می توان با جایگزینی به حفظ منابع طبیعی کمک کرد ؟

۱۰- علت آنکه فلز مس را تجدید ناپذیر می نامیم چیست ؟ توضیح دهید .
 

 

دید کلی

بسیاری از جوامع یا افراد ، قدر نعمت‌های موجود را نمی‌دانند و این قدرنشناسی را بهره برداری نادرست از این نعمت‌ها نشان می‌دهند. یکی از این نعمت‌های بزرگ خداوند ، آب است. چون منابع آب محدود است، باید در استفاده از آنها دقت کافی به عمل آید. در بخش کشاورزی ، عوامل زیادی سبب هدر رفتن مقدار زیادی از آب می‌شود که بر فراز آنها عبارتند از:

 

 

 

آبیاری مزارع در زمان نامناسب

آبیاری به هنگام ظهر که گرمای هوا سبب افزایش تبخیر می‌شود، مقدار زیادی از آب را هدر می‌دهد.

 

غرقابی کردن زمین کشاورزی و نفوذ دادن آب به اعماق زمین

آب زیاد دادن به زمین ، سبب می‌شود که خاک تا عمق زیادی از آب پر شده ، فضاهای خالی آن پر شود.

 

آلودگی آبها

بوسیله سموم دافع آفات گیاهی و یا ریختن کودهای شیمیایی ، آبها آلوده می‌شوند.

 

تامین آب آشامیدنی شهر و روستا

مردم به آب سالم برای آشامیدن و پرداختن به امور بهداشتی نیاز دارند. تامین آب با صرف هزینه و سرمایه گذاری زیاد انجام می‌‌شود. در تامین آب سالم و مناسب ، به مراحل زیرین پرداخته می‌شود:

 

 

 

کشف منابعی که برای آشامیدن و سایر مصارف مردم مناسب باشد.

 

 

جمع آوری آبهای سطحی یا بهره برداری از آبهای زیرزمینی

 

 

تصفیه آب برای از بین بردن آلودگیهای احتمالی

 

 

انتقال آب از محل تصویه به محل‌های مصرف (شهر و روستا)

 

 

مراقبت از تاسیسات ، کانالها و لوله‌های انتقال آب

 

 

همه موارد اخیر به تخصص ، هزینه و زمان نیازمند است. بنابراین ، در مناطق شهری و روستایی آبهای آشامیدنی لوله کشی شده یا تصفیه شده با صرف مخارج زیادی فراهم می‌شود و باید در استفاده از آنها دقت کافی به عمل آید. زندگی شهرنشینی و تراکم جمعیت در شهرها و توجه به امور بهداشتی آنها ، سبب شده است که نیاز بیشتری به آب آشامیدنی سالم احساس شود. تامین آب مناطق شهری و روستایی گاهی سبب کاهش مورد نیاز کشاورزی و باغداری می‌شود.

 

بهره برداری از آب در صنایع

در اوایل قرن بیستم ، از کل مصارف آب در جهان ، حدود 6% در بخش صنایع مصرف می‌شد. هم اکنون این رقم 4.5 برابر شده است. در ایران فقط 5% از کل مصرف آب مربوط به صنایع می‌باشد. آبی که به صنایع می‌رسد، معمولا خیلی زود کیفیت خود را از دست می‌دهد یا گرمای آن زیاد می‌شود و یا آلودگی شیمیایی و میکروبی پیدا می‌کند. گرمای آب مورد نیاز صنایع را می‌توان با برجک‌های خنک کننده گرفت و آب را دوباره یا چندباره مورد استفاده قرار داد. اما رفع آلودگی شیمیایی یا میکروبی به تخصص و هزینه زیادی نیاز دارد. البته آبهای آلوده صنعتی به مدت زیادی در طبیعت باقی می‌مانند.

 

بحران آب

روند افزایش جمعیت و گسترش منابع و نیاز به آب برای تامین غذای بشری سبب شده است که آب به عنوان یک عامل حیاتی و بوجود آورنده بحران تلقی شود. کافی است برای پی بردن به ارزش آب و نقش آن در ایجاد تنش های سیاسی به جدالهای سران کشورها بر سر تقسیم آبها و مرزهای آبی توجه شود. برای حل این بحران استفاده از آب رودخانه‌ها تا یک سقف معینی مجاز است. آبهای مرزی حتی جنگهایی را بین کشورها به وجود آورده و اختلافات اساسی ایجاد کرده است که با مصرف مناسب و برنامه‌ریزی دقیق در مصرف می‌شود از این بحرانها خلاصی یافت.

 

مصرف بهینه آب

بر اساس بررسی‌های به عمل آمده میانگین آب مصرفی سرانه جهان (صنعتی ، کشاورزی و آشامیدنی) در حدود 580 مترمکعب برای هر نفر در سال است. متاسفانه این رقم در ایران با کمبود منابع آب ، 1300 متر مکعب در سال است. این امر بیانگر اتلاف منابع آب و اسراف بیش از حد منابع حیاتی است.

 

 

مقدار مصرف سرانه آب لوله کشی آشامیدنی در شهرهای ایران در حدود 142 متر مکعب در سال است که از مصرف سرانه برخی کشورهای اروپایی پُرآب ، مانند اتریش (108 مترمکعب درسال) و بلژیک (105 مترمکعب درسال) بیشتر است. یکی از دلایلش این است که در ایران از آب آشامیدنی تصفیه شده برای شستشوی اتومبیل ، حیاط ، آبیاری باغچه‌ها ، استحمام ، لباسشویی و ظرفشویی استفاده می‌شود، در حالی که در اکثر کشورها آب آشامیدنی از آبی که به سایر مصارف می‌رسد ، جداست.

 

 

برای بهره برداری درست از آبهای آشامیدنی بهداشتی ، شاید بهترین راه جدا کردن آب آشامیدنی از آبهای مصرفی دیگر است.

 

 

در کشاورزی بایستی روشهای آبیاری متناسب با محیط باشد و یا از روشهای جدید آبیاری استفاده شود که اتلاف آنها کم است. مثلا آبیاری بارانی یکی از راه های بهره برداری از آبها در کشاورزی است.

 

 

تهیه آبهای آشامیدنی بهداشتی شهر و روستا به علت اینکه تصویه می‌شوند، بسیار پرهزینه‌تر از آبهای کشاورزی و صنعتی است. بنابراین ، باید در مصرف این آبها دقت کافی به عمل آید.

 

 

 

آلودگی آبها

مسائل بهره برداری از منابع آب جهان فقط به مصرف نادرست بر نمی‌گردد. گاهی انسان با کارهای نادرستش ماهیت آب را تغییر می‌دهد که به آن آلودگی آب گویند. آلودگی آب ، تغییرات فیزیکی ، شیمیایی و زیستی (میکروبی) را شامل می‌شود. که عمده‌ترین این آلودگی‌ها را در زیر لیست می‌کنیم.

 

 

 

وارد کردن زباله های صنعتی یا خانگی در آب

 

 

ریختن فاضلاب صنعتی ، خانگی و بیمارستانی در آب

 

 

آلودگی حرارتی آب که از طریق عملیات صنعتی در آب رودخانه‌ها ایجاد می‌شود. مثلا نیروگاه‌های تولید برق ، تولید فلزات و برخی کالاهای دیگر سبب آلودگی حرارتی آب می‌شوند. گرم شدن آب ، ارگانیسم موجودات زنده جهان را بهم می‌زند، زیرا برخی از گیاهان ، ماهی‌ها و موجودات زنده آبزی در آب رودخانه‌ها و دریاچه‌ها تا دمای خاصی می‌توانند تحمل کنند و دمای بیشتر یا کمتر از آنها حیات آنها را به خطر می‌اندازد. بنابراین ، آلودگی حرارتی نیز در نوع خود مهم است.

 

 

وارد کردن سموم دافع آفات گیاهی و کودهای شیمیایی آب را آلوده می‌کند. ورود مواد شیمیایی و عناصر نامطلوب در آب ، سبب آلودگی شیمیایی آن می‌شوند و چون آب در طبیعت در گردش است، آلودگی آب سریعا گسترش می‌یابد. جیوه ، سرب ، مواد شیمیایی سمی ، از خطرناکترین آلوده کننده‌های آب هستند و برخی از این مواد ، سالها در محیط باقی می‌مانند و حیات جانداران و گیاهان را به خطر می اندازند.

هواکره را بهتر بشناسیم

 

بیشترجرم هوای کره در فاصله 10 تا 12 کیلومتری از سطح زمین قرار دارد . این ناحیه را تروپوسفر می گویند . این بخش از هوا کره همان بخشی است که ما در آن زندگی می کنیم . مخلوط شدن یوسته ی گازها در تروپوسفر موجب پیدایش ترکیب درصد تقریباً یکنواختی می شود . N2 ، O2 اصلی ترین اجزاء هستند . مقادیر جزئی CO2 و A2 در هوا یافت می شود .  

اصول کار فشار سنج جیوه ایی ، چون ارتفاع ستون جیوه به فشار هوا بستگی دارد .
بنابراین ارتفاع این ستون معیارخوبی برای اندازه گیری فشار هوا خواهد بود .
 


مانومتر 

هر گاز محبوس در یک ظرف بر دیواره های آن ظرف فشار وارد می کند . این فشار به کمک مانومتر اندازه گیری می شود . این وسیله از یک لوله V شکل درست شده که درون آن جیوه ریخته شده و دو سر آن بازاست . در حالت عادی ارتفاع جیوه در لوله ها یکسان است اما وقتی یک سر آن را به ظرفی که درون آن گاز است متصل می کنیم بسته به فشار گاز درون ظرف ، ارتفاع جیوه تغییر می کند . از این تغییر ارتفاع فشار گاز به طرف نقطه مورد نظر مشخص می شود .  

اتم - ملکول - ساختار اتم

از مدتها قبل ،انسان می داند که تمام مواد از ذرات بنیادی یا عناصر شیمیایی ساخته شده اند. از میان این مواد،مثلاً می توان از اکسیژن ،گوگرد ،و آهن نام برد .کوچکترین ذره آهن ،یک اتم آهن و کوچکترین ذره گوگرد ،یک اتم گوگرد نامیده می شود .
آهن خالص فقط دارای اتمهای آهن است و گوگرد خالصل نیز فقط اتمهای گوگرد دارد . اتمها جرمهای گوناگونی دارند .سبکترین آنها اتم هیدوژن است .
اتمهای آهن بسیار سنگینتر از هیدروژن و اتمهای "اورانیم" از اتمهای آهن سنگینترند ،یعنی جرمشان بیشتر ایت .واژه اتم ،از بان یونانی گرفته شده و معنای آن در واقع "ناکسستنی" یا "تقسیم ناپذیر" است .
امروزه ما می دانیم که امها را هم می توان به اجزاء کوچکتر تقسیم کرد.ولی به هر حال ،اگر مثلاً یک اتم آهن را درهم بشکنیم ،اجزاء شکسته شده ،و دیگر آهن نسیتند و خصوصیات آهن را ندارند به این دلیل است که در بسیاری از کتابهای شیمی تعریف زیر در باره واژه "اتم" آورده شده است :
"
یک اتم کوچکترین سنگ بنای یک عنصرشیمیایی است که کلیه خصوصیات ویژه آن عنصر را دارا بوده و در صورت تقسیم آن به اجزاء کوچکتر ،این خصوصیات را از دست خواهد داد ".
اتمها در مقایسه با کلیه چیزهایی که ما در زندگی معمولی خود با آنها برخورد می کنیم ،خیلی خیلی کوچک هستند .قطر یک اتم تقریباً سانتیمتر یا 8 - 10×1 سانتیمتراست . با ذکر یک مثال می توان پی برد که اتمها چقدر کوچک هستند :
برروی کره زمین تقریباً 5 میلیارد نفر زندگی می کنند. اگر هر نفر را یک اتم حساب کنیم و با این اتمها یک زنجیر بسازیم طول این زنجیر به زحمت 50 سانتیمتر خواهد شد .
مولکول چیست؟ اتمها می توانند برای ایجاد ذرات بزرگنر با یکدیگر پیوند پیدا کنند و به اصطلاح "مولکولها " را تشکیل دهند.به عنوان مثال ،دو اتم اکسیژن با یکدیگر تشکیل یک مولکول اکسیژن را می دهند. در طبیعت اغلب اوقات اتفاق می افتد که امهای عناصر مختلف به صورت مولکول با یکدیگر اتحاد می یابند .
یکی از معروفترین این اتحادها مولکول آب است . که ازیک اتم اکسیژن و دو اتم هیدوژن تشکیل شده است . یک مولکول آمونیاک ،یک اتم نیتروژن وسه اتم هیدوژن دارد .
آب و آمونیاک برخلاف اکسیژن و کربن عناصر شیمیایی نیستند بلکه ترکیبات شیمیایی از عناصر متقاوت هستند .کوچکترین ذره چنین ترکیبی مولکول نامیده می شود .چنانچه یک مولکول آب را تجزیه کنیم خصوصیات آب از دست می رود و فقط ذرات تشکیل دهنده آن یعنی هیدروژن و اکسیژن باقی می مانند که خصوصیاتی کاملاً متفاوت با آب دراند .
مولکولهانیز مثل اتمها به طرز غیرقابل تصوری کوچک هستند دریک لیوان ـآب معمولی تقریباً 6000000000000000000000000 یا 24 10×6 مولکول آب وجود دارد . اگر این لوان آب را به میزان مساوی بر روی تمام اقیانوسها و دریاهای کره زمین پخش کنیم درهر لیتر از آب دریاها ،چندین هزار مولکول از آب لیوان وجود خواهد داشت .
ساختار اتم چیست ؟ تقریباً 75سال پیش "ارنست رادر فورد " در انگلستان مطلبی را کشف کرد که فیزیک اتمی جدید را نبیان گذارد . اما اکنون به این مطلب می پردازیم .این فیزیکدان بریتانیایی یک ورق نازک طلایی را مورد اصابت ذرات آلفا قرار داد تا در ون اتمها را شناسایی کند .
اگر مواد در یک چنین ورق فلزی بطور متناسب و یکنواخت پخش بودند ذرات آلفا درهمان مسیر پرواز خود به حرکت ادامه می دادند،اگر چه در این حالت کمی از سرعت ذرات آلفا کاسته می شد. تمام "ذرات آلفا" تقریباً به همین شکل رفتار کردند .البته تعداد کمی نیز کاملاً از مسیر خود منحرف شدند درست مثل اینکه به یک گلوله کوچک اما خیلی سنگین برخورد کرده باشند "رادرفورد " از این آزمایش چنین نتیجه گیری کرد که تقریبا تمام جرم اتم طلا در یک هسته بسیار کوچک وناچیز تمرکز یافته است .
هسته اتم کشف شده بود.امروز ه ما دقیقاً می دانیم ساختار اتم چیست ."اتم مانندیک منظومه شمسی کوچک است ". در مرکز اتم یک هسته بسیار کوچک قرار دارد که از نظر الکتریکی دارای با ر مثبت است و تقریباً تمام جرم اتم را تشکیل می دهد به دور این هسته ذرات کوچک و بسیار سبکی که دارای بار الکتریکی منفی هستند یعنی الکترونها در حرکت هستند.
اتمها ی سنگین تر ین فلزات در وقاع دارای "ساختمانی اسفنجی " هستند و تقریبا فقط از فضای خالی تشکیل شده اند اگر هسته اتم را به برزگی یک گیلاس فرض کنیم ،ساختمان اتم با مدارهای اکترونی خود تقریبا به بزرگی "کلیسای دم " در شهر کلن خواهد بود .
قطر هستهه اتم تقریبا برابر سانتیمتر یا 12- 10سانتیمتر می باشد به عبارت دیگر 100میلیارد هسته اتم درکنار هم زنجیری به طول یک میلیمترخواهند ساخت .
ساده ترین اتم هیدروژن است . دراین اتم فقط یک الکترون به دور هسته بسیار کوچکی می گردد . در شرایط عادی این اکترون فقط پنج میلیارددم سانتیمتر یا 9- 10×5 سانتیمتر از هسته فاصله دارد .اما این الکترون می تواند روی مدارهای دور تری نسیت به هسته نیز قرار گیرد و در اینجاست که متاسفانه و جه تشابه بین اتم و منظومه شمسی از بین می رود .
حرکت الکترون فقط روی مدارهای ویژه و معین یا به عبارت دیگر"تراز انرژی " مشخصی امکان پذیر می بادش در حالی که سیاره ها در هر فاصله دلخواهی از خورشید می توانند حرکت کنند مثلا اگریک الکترون از یک مدار داخلی یا به عبارت دیگراز یکتراز پر انرژی تر به یک مدارداخلی یا یک تراز کم انرژی تر منتقل شود مقدار انرژی به شکل یک ذره یا "کوانت نوری " یا "فوتون" رها می وشد چون فقط مدارها یا ترازهای انرژی کاملاً معینی وجود دارد در نتیجه فقط ذره های نوری یا انرژی کاملاً معینی نیز منتشر خواهند شد و به عبارت دیگردرنمودار موجی طول موجهای کاملا معینی پدیدار می شوند که انسان ار روی آنها می تواند درتمام کیهان یک انم هیدروژن را باز شناسایی کند.
این مطلب برای سایر عناصر شیمیایی نیزصادق است زیر بنای علم "طیف نگاری و طیف شناسی " می باشد که به کمک آن مثلا می توان تشخیص داد چه نوع اتمهایی در آتمسفر خورشید وجود دارند .

 

جان دالتون

 

جان دالتون یک شیمیدان و فیزیکدان بریتانیایی بود. معروفیت او بیشتر بخاطر هواداری اش از نظریه اتمی است.

جان دالتون ۱۰ سال پیش از ثبت و اعلان استقلال آمریکا در سال ۱۷۶۶، در انگلستان زاده شد. خانواده او در یک کلبه کوچک گالی در روستایی زندگی می‎کردند. در کودکی، جان به همراه برادرش در یک مزرعه کار می‎کرد و در مغازه پدر در بافتن لباس او را یاری می‎دادند. با وجود فراهم بودن اندکی از لوازم اولیه زندگی آنها خانواده فقیری بودند، بسیاری از پسران فقیر در آن زمان از داشتن تحصیلات محروم بودند، اما جان توانست با خوش‎شانسی در مدرسه‎ای در همان نزدیک زادگاهش مشغول تحصیل شود. got یادگیری علاقه زیادی نشان می‎داد. آموزگاران نیز او را به یادگیری تشویق می‎کردند. در ۱۲ سالگی، او اولین مدرسه خود را در شهری نزدیک محل اقامتش باز کرد اما به خاطر کمبود پول مجبور به بستن آنجا و کارکردن در مزرعه عمه‎اش شد.

۳ سال بعد، به همراه برادر بزرگ‌تر و یکی از دوستانش مدرسه‎ای را در 0کندال) Kendall انگلیس باز کرد. به تدرس انگلیسی. لانتین، یونانی، فرانسوی و 21 موضوع علمی و ریاضی پرداخت. جان به یادگیری طبیعت و هوای اطراف خود می‎پرداخت. او پروانه‎ها، حلزون‎، و ... را جمع‎آوری می‎کرد.جان دالتون پی برد که دچار کوررنگی ست و به یادگیری آن روی آورد. در ۱۷۹۳، جان به عنوان معلم خصوصی به منچستر رفت و در کالج جدید مشغول به تدریس شد. و در آنجا به مشاهده رفتار گازها پرداخت.

او به عناصر و اجزاء مختلف و چگونگی درست شدن آنها اندیشید. جان نظریه‎ای داشت که بر طبق آن، هر عنصری از اتم‎های مجزا تشکیل شده و تمام عناصر با یکدیگر متفاوت هستند زیرا اتم‎های سازنده هر کدام از آنها، با دیگری متفاوت است.

او فکر می‎کرد که هر عنصری وزن مخصوص می‎دارد، زیرا از اتم‎های متفاوتی تشکیل شده.در سال ۱۸۰۸، جان دالتون کتابی با مضمون، «نظامی نوین در فلسه شیمی» منتشر کرد که در آن وزن بسیاری از اتم‎های شناخته شده را جمع‎آوری و لیست کرده بود. مقدار عددی وزن‎هایی که او محاسبه کرده کاملاً دقیق نبودند، اما مبنایی بودند برای «جدول دوره‎ای پیشرفته»، اگرچه بسیاری نظریه دالتون در مورد ساختار اتم را نپذیرفتند، اما وی بر تحقیقات خود برای دفاع از نظریه‎اش ادامه می‎داد.

جان دالتون در سال ۱۸۴۴ درگذشت، او با افتخار در انگلستان به خاک سپرده شد. بیش از ۴۰۰۰۰۰ نفر بدن بی‎جان او را هنگام قرار گرفتن در تابوت مشاهده کردند. به عنوان آخرین تجربه و آزمایش، او از کالبد شکافی استفاده کرد تا دلیل کوررنگی خود را پیدا کند. او ثابت کرد که چشمان او دلیل این او نمی‎باشند، بلکه اشکال از قوه درک و احساس بینایی او در قسمتی از مغز او بود که از کار افتاده بود. حتی تا لحظات آخر زندگی. او به گسترش علم و دانش کمک کرد.

امروز، دانشمندان در هر جا، نظریه دالتون درباره ساختار اتم را مورد قبول می‎دانند. یک پسر ساده روستایی روش جدیدی برای اندیشیدن و نگاه کردن به عالم هستی و چگونگی کارکرد آن را به مردم و اهل دانش نشان داد.

ساختار هسته اتم

دید کلی

می‌توان هسته اتم را به عنوان جرم نقطه‌ای و بار آن را به صورت بار نقطه‌ای در نظر گرفت. هسته شامل ، تمامی بارمثبت و تقریباً تمامی جرم اتم است، در نتیجه مرکزی تشکیل می‌‌دهد که حرکت الکترونی حول آن رخ می‌‌دهد. هر چند هسته عمدتاً از طریق نیروی جاذبه کلنی خود با الکترونها ساختار اتمی را تحت تأثیر قرار می‌‌دهد اما بعضی آثار نسبتاً دقیق را در طیف‌های اتمی می‌‌توان به آن نسبت داد.

اجزای اصلی هسته

ذراتی که تمامی هسته‌ها از آنها ترکیب یافته‌اند پروتونها و نوترونها هستند. در حالت کلی به این ذرات نوکلئون می‌‌گویند. خواص نوکلئونها

بار

پروتون هسته اتم H (ایزوتوپ سبک اتم هیدروژن) است. پروتون دارای یک بارمثبت است که از نظر بزرگی با بار الکترون برابر است. نوترون دارای بار e 10-13 (10-18 برابر بار الکترون است) ولی چون خیلی کوچک است آن را خنثی می‌‌گیریم و لذا در برهمکنشی با الکترون نیروی ضعیفی از خود نشان می‌‌دهد.

جرم

پروتون و نوترون دارای جرم تقریباً یکسان هستند، جرم نوترون از جرم پروتون اندکی (کوچکتراز 0.1 درصد) بیشتراست. این ذرات هر دو دارای انرژی سکون حدود یک گیگا الکترون ولت هستند.


 

اسپین

یک ویژگی مهم پروتون و نوترون اندازه حرکت زاویه‌ای ذاتی ، یا به اصطلاح اسپین هسته‌ای آنها است. اعداد کوانتومی اسپین هسته‌ای پروتون و نوترون هردو برابر ½ هستند .

گشتاور مغناطیسی هسته‌ای

گشتاور مغناطیسی پروتون در همان راستای اسپین هسته‌ای آن است، بزرگی گشتاور هسته‌ای ، مؤلفه گشتاور مغناطیسی پروتون را در امتداد راستای کوانتش فضایی برحسب مگنتون هسته‌ای به دست می‌‌دهد. گشتاور مغناطیسی نوترون درخلاف راستای اندازه حرکت زاویه‌ای آن است. گشتاور مغناطیسی غیر صفر نوترون حاکی از آن است که ، با وجود صفر بودن بار کل ، یک توزیع غیر یکنواخت بار در داخل آن وجود دارد.

نیروهای هسته‌ای

از آنجا که پروتونها در داخل هسته در فاصله کمی از همدیگر قرار دارند، نیروی رانشی کولنی بین آنها خیلی بزرگ است. برای آنکه هسته در حالت تعادل قرار گیرد، این نیرو را باید یک نیروی ربایشی دیگر (نیروی هسته‌ای) خنثی کند. این نیرو در قوی‌ترین حالت خود ، از نیروی کولنی خیلی قوی‌تر است. ولی ، نیروی هسته‌ای فقط در گستره محدودی قوی است. از جنبه‌های مهم نیروی هسته‌ای ، استقلال آن از بار است. نیروی مؤثر بین دو نوکلئون ، از اینکه دو پروتون ، دو نوترون و یا یک پروتون و یک نوترون باشند، متشکل است. نیروی بین دو نوکلئون با اسپین موازی نسبت به نیروی بین دو نوکلئون با اسپین پادموازی قویتر است.


پتانسیل یوکاوا

بر خلاف نیروی کولنی ، که بستگی به فاصله آن به صورت ساده r2/1 است، نیروی هسته‌ای بطور خیلی پیچیده‌ای به فاصله وابسته است. پتانسیل حاصل از این نیرو را پتانسیل یوکاوا گویند. پتانسیل تابع نمایی از فاصله هسته‌ای است. به علت این رفتار نمایی ، پتانسیل و نیرو سریعا با افزایش فاصله به صفر میل می‌‌کند.

شعاع هسته‌ای

شعاع هسته‌ای بطور تقریبی از نتایج آزمایشهای پراکندگی ذره آلفا محاسبه می‌‌شود. اگر چه توزیع این ذرات پراکنده تنها با برهمکنش کولنی برای فواصل بزرگتر از 14-10 متر توجیه می‌‌شود، اما وقتی ذرات آلفا تقریباً در این فاصله از مرکز هسته قرار می‌‌گیرند از قانون کولن تبعیت نمی‌‌کنند. در این حالت ، شعاع هسته‌ای را می‌‌توان به صورت آن فاصله‌ای از مرکز هسته تعریف کرد که در آن نیروی هسته‌ای از اهمیت برخوردار است. نتایج به دست آمده از پراکندگی نوترونی برای شعاع هسته بیانگر تابعیت شعاع هسته‌ای از عدد جرمی‌‌ هسته‌ای (A) است. که شعاع هسته با ریشه سوم عدد جرمی متناسب است.

عدد جرمی عددی صحیح می باشد که مجموع تعداد پروتون ها و نوترون های هسته یک اتم را مشخص می کند. به عبارتی دیگر عدد جرمی عبارت است از تعداد نوکلئون های هسته اتم. عدد جرمی اتم های عناصر با یکدیگر متفاوت می باشد. اختلاف میان عدد جرمی و عدد اتمی برابر است با تعداد نوترون های آن هسته. خواص شیمیایی و فیزیکی عناصر توسط عدد اتمی و عدد جرمی مشخص می شود. تمام اتم های یک عنصر دارای عدد اتمی یکسان می باشند که این عدد اتمی، ماهیت شیمیایی عنصر را مشخص می کند. اما ممکن است اتم های یک عنصر عدد جرمی متفاوتی داشته باشند که در این حالت به آن ایزوتوب آن عنصر می گویند. علت تفاوت عدد جرمی در اتم های یک عنصر ، تغییر تعداد نوترون های آن می باشد. پس عدد جرمی اتم های یک عنصر می تواند در خواص فیزیکی عنصر مانند : چگالی، جرم و ... تغییر ایجاد کند.
در نماد گذاری عدد جرمی را با A سمت راست و در بالا و عدد اتمی را با Z سمت راست ، پایین نماد عنصر می نویسند .
عدد جرمی بیشتر در واکنش های هسته ای مورد تحلیل قرار می گیرد ، زیرا عناصری وجود دارند که در برخی از ایزوتوپ هایشان پایدار و در برخی دیگر فعالیت رادیواکتیو از خود نشان می دهند. مثلا هیدروژن دارای سه ایزوتوپ ( عدد جرمی 1،2و3)می باشد که در دو ایزوتوپ 1 و2 ( پریتیم و دوتریم ) دارای هسته پایداری می باشد ، اما ایزوتوپ تریتیم ( ایزوتوپ3) دارای هسته ناپایداری می باشد .
در طبیعت ایزوتوپ های فراوانی از عناصر مختلف وجود دارند . امروزه با پیشرفت علم هسته ای ، در آزمایشگاه ها توانسته اند ایزوتوپ های جدیدی از عناصر مختلف تولید کنند بطوری برخی از آن ها در طبیعت وجود دارند.

ایزوتوپ ها
در سال ١٢٣٩ شمسی (١٩١٠م) دانشمندان با مشکلی مواجه شدند و آن اینکه بعضی محصولات واپایشی ها. خواص شیمیایی یکسانی داشتند ولی خواص فیزیکی آنها متفاوت بود. "سدی" که یک دانشمند (شیمی دان) انگلیسی است متوجه شد محصول نهایی و پایدار واپاشی اورانیم یا رادیم خواص شیمیایی سرب را دارد. همچنین محصول نهایی واپاشی توریوم نیز خواص شیمیایی سرب را دارد ولی همه آنها جرم اتمی متفاوت با سرب معمولی (طبیعی) داشتند. به عنوان مثالی دیگر، هسته هایی با عدد اتمی ۶ که مربوط به کربن هستند یافت می‌شدند که عدد جرمی آنها ١٢ نبود بلکه ١٣ و ١۴ بود.
حال این سؤال پیش آمد که آیا در جدول تناوبی باید جای جدایی بر آنها در نظر گرفت؟
دانشمندان به این نتیجه رسیدند که هر خانه جدول متناوبی می‌تواند معرف عنصری باشد که از نظر شیمیایی با عنصر دیگر تفاوت دارد. به همین خاطر عناصری که خواص شیمیایی یکسانی داشتند (عدد اتمی یکسان) ولی از نظر فیزیکی خواص متفاوت نشان می‌دادند (عدد جرمی متفاوت داشتند) را ایزوتوپ نامیدند. ایزوتوپ از دو کلمه
به معنی هم و دیگری به معنی جا اقتباس شده است و تداعی کننده اینست که این عناصر در یک خانه جدول تناوبی جای می‌گیرند.
بنابراین ایزوتوپ‌های یک عنصر دارای یک عدد اتمی هستند ولی عدد جرمی آنها متفاوت است. یعنی تعداد نوترون‌های هسته متفاوت می‌باشد.

ایزوتوپ ها و کاربرد آنها

 

 

برای بررسی ایزوتوپها از طیف نگار جرمی استفاده می شود.دستگاههایی از این نوع ابتدا توسط فرانسیس استون (1919) و آرتور دمپستر (1918) با پیروی از اصول روشهایی که جی جی تامسون در 1912 ارایه کرده بود ساخته شد. اگر عنصری شامل چند نوع اتم با جرمهای متفاوت (ایزوتوپها ) باشد، این تفاوت در مقادیر یونهای مثبت حاصل از این اتمها پدیدار می گردد.طیف نگار جرمی یونها را بر حسب مقادیر نسبت بار به جرم ، از یکدیگر جدا می کند، و سبب می شود که یونهای مثبت متفاوت در محلهای مختلف روی یک صفحه عکاسی اثر کند.

 

وقتی دستگاه کار می کند، اتمهای بخار ماده مورد مطالعه در معرض بمباران الکترونی قرار گرفته و به یونهای مثبت تبدیل می شوند.این یونها بر اثر عبور از یک میدان الکتریکی ، به قدرت چندین هزار ولت ، شتاب پیدا می کنند. اگر ولتاژ این میدان ثابت نگه داشته شود، تمام یونهایی که مقدار بار به جرم مساوی دارند، با سرعت مساوی وارد یک میدان مغناطیسی می شوند. این سرعت، مقدار بار به جرم و شدت میدا مغناطیسی، شعاع مسیر یون را در میدان مغناطیسی تعیین می کند.

 

اگر شدت میدان مغناطیسی و ولتاژ شتاب دهنده ثابت نگه داشته شوند، تمام یونهایی که مقدار بار به جرم مساوی دارند، در یک محل بر روی صفحه عکاسی متمرکز می شوند. این محل را می توان با تغییر پتانسیلی که موجب شتاب یونها می شود، تغییر داد. ولی یونهایی که مقدار بار به جرم متفاوت دارند در محلهای مختلف روی صفحه عکاسی متمرکز می شوند. هر گاه یک وسیله الکتریکی که شدت اشعه یونی را اندازه می گیرد، جای گزین صفحه عکاسی شود، دستگاه را طیف سنج جرمی می نامیم. با استفاده از طیف سنج جرمی می توان هم جرم اتمی دقیق ایزوتوپها و هم ترکیب ایزوتوپی عناصر (انواع ایزوتوپهای موجود و مقدار نسبی هر یک) را تعیین کرد.

 

ایزوتوپها، اتمهایی با عدد اتمی مساوی و عدد جرمی متفاوتند. این اتمها دارای خواص شیمیایی بسیار مشابه هم (در اغلب موارد غیر قابل تشخیص) هستند. مثلا در طبیعت دو نوع اتم کلر وجود داردکه هر دو 17 پروتون و 17 الکترون دارند ولی یکی دارای 18 نوترون و دیگری دارای 20 نوترون است. بنابراین، اختلاف ایزوتوپها در تعداد نوترونهای هسته ها آنهاست. بعضی از عناصر فقط به یک شکل ایزوتوپی در طبیعت وجود دارند(مثل سدیم، بریلیم و فلویور). ولی اغلب عناصر بیش از یک ایزوتوپ دارند.مثلا قلع دارای ده ایزوتوپ است. اصطلاح نوکلید، به طور کلی، برای گونه های اتمی به کار می رود.

 

بسیاری از ایزوتوپها از ایزوتوپها رادیواکتیو هستن ، یعنی ذراتی با فرکانس بالا را از هسته (مرکز) اتمهای خود را ساطع می کنند . از آنها می توان برای دنبال کردن مسیر مواد متحرکی که از دید پنهان هستند ، مانند جریان خون در بدن یک بیمار در بیمارستان ، استفاده کرد.

 

 

جریان خون

 

مقدار کمی از یک ایزوتوپ رادیو اکتیو به درون جریان خون بیمار تزریق می شود . سپس مسیر آن توسط آشکارسازهای خاصی که فعالیت رادیواکتیویته را مشخص می کنند دنبال می شود . این اطلاعات به یک کامپیوتر داده می شود ، که صفحه آن هر گونه اختلالی ، مانند انعقاد خون در رگها ، را نشان می دهد . با استفاده از روشی مشابه ، می توان از ایزوتوپها برای مطالعه جریان مایعات در تاسیسات شیمیایی نیز استفاده کرد.

 

 

فرسودگی ماشین آلات

 

آهنگ فرسودگی ماشین آلات صنعتی را نیز می توان با استفاده از ایزوتوپها اندازه گرفت . مقادیر اندکی از ایزوتوپهای رادیواکتیو به بخشهای فلزی ماشین آلات ، مانند یاتاقانها و رینگ وپیستونها اضافه می شود . سپس سرعت فرسودگی با اندازه گرفتن رادیواکتیویته روغنی که برای روغنکاری این بخشها به کار رفته است محاسبه می شود.

 

 

مدل اتمی بور    

 

دید کلی

در سال 1913، نیلز بور ، نظریه‌ای را برای ساختار الکترونی اتم هیدروژن ارائه کرد که طیف خطی این عنصر را توجیه می کرد. غالب پیوندهای میان اتمهای عناصر سبک را می توان با به کار گرفتن مدار های بور توضیح داد. توضیح شکل مولکولها و آرایش اتمها نسبت به یکدیگر با جفت شدن و دفع شدن الکترونها امکانپذیر است.

 

نظریه بور

نظریه بور، نکات زیر را در بر می گیرد :

 

 

الکترون‌ها مانند سیارات که به دور خورشید می‌گردند، در مدارهای معینی به نام تراز به دور هسته می گردند. او عبارت ریاضی کلاسیک برای نیرویی که الکترون را در یک خط مستقیم نگاه می‌دارد و نیرویی که الکترون را به درون می‌کشاند معادلاتی به وجود آورد. هر تراز با یک حروف الفبایی (O ، N ، M ، L ، K ،...) یا یک عدد (1 ،2 ، 3 ، 4 ، 5 ،...) مشخص می‌شود.

 

 

الکترون‌ها در مدار نسبتا پایدار می‌مانند و در یک اتم معین ، انرژی‌های معینی می‌توانند داشته باشند. بنا به نظریه بور ، یک الکترون می‌تواند برای مدتی طولانی در یک مدار حرکت کند یا در مداری دیگر به فاصله دورتر برای مدتی طولانی سیر کند ولی نمی‌تواند در زمانی قابل اندازه گیری میان دو مدار بماند. بنابر تئوری بور ، وقتی یک الکترون از مداری به مدار دیگر برود، انرژی آن به مقدار معینی تغییر می‌کند که آن را یک کوانتوم انرژی می‌گویند.

 

 

برای جدا کردن اجسامی که جذب یکدیگر شده‌اند انرژی لازم است. برای جابه جا شدنالکترون از یک تراز انرژی به تراز دیگر مقدار انرژی کاملا معین و خاصی لازم است. انرژی لازم برای آنکه یک الکترون از هسته دور شود در سیستم به صورت انرژی پتانسیل ذخیره می‌شود. وقتی الکترون‌های یک اتم تا حد امکان به هسته نزدیک باشد اتم در حداقل انرژی که حالت پایه است، قرار گرفته است. اگر اتمها در قوس الکتریکی یا شعله چراغ گاز گرم شوند، انرژی جذب کرده و الکترون به تراز بیرونی‌تری که انرژی بیشتری دارد می‌جهد، اتم در این شرایط در حالت برانگیخته است.

 

 

هرگاه الکترون از مدار بالاتر (برانگیخته) به مدار یا تراز یا بیشتر فرو افتد مقدار انرژی معینی از اتم تابش می کند که معمولا این اختلاف انرژی اتم بین دو حالت برانگیخته و پایه به صورت انرژی نوری کوانتوم نور) است.

طیف نمایی بور

بور با این تصور که الکترونها در ترازهای انرژی مربوط به مدارها بالا یا پائین می‌روند و حرکت الکترون میان دو مدار خاص مستلزم کوانتوم معینی انرژی است، توانست علت وجود خط‌های طیف نشری خط روشن هیدروژن را توضیح دهد و نیز طول موج‌های مورد انتظار برای این خطها را حساب کرد. بور با استفاده از خطوط مشاهده پذیر طیف هیدروژن اوضاع درون اتم را برسی کند.

 

ساختمان اتم با استفاده از مدل بور

دانستیم که مدارها با اعداد صحیح شماره گذاری می‌شوند. عدد 1 نزدیکترین مدار به هسته است و حداکثر عده الکترونها در یک مدار 2n2 است که n شماره مدار است.

 

یک قائده کلی برای پیشگویی عده الکترونها این است که مدار خارجی نمی‌تواند بیش از هشت الکترون داشته باشد. نخستین مدار حداکثر می‌تواند دو الکترون داشته باشد که هیدروژن با عدد واقعی یک که الکترون دارد و هلیم در این مدار قرار می‌گیرند.

 

 

اعداد کوانتومی

 

اطلاعات اولیه

در بررسی ساختار اتم مدلهای مختلفی ارائه شده است. ابتدایی‌ترین این مدلها ، مدل سیاره‌ای رادرفورد است. بعد از مدل سیاره‌ای رادرفورد ، نیلز بوهر مدل جدیدی را ارائه داد (مدل اتمی بوهر). این مدل می‌‌توانست ساختار طیفی اتم هیدروژن را توضیح دهد. در اصل موضوع بوهر که اساس و مبنای مدل بوهر است، فرض می‌‌شود که الکترونها مقیدند در مدارهایی حرکت کنند که در آنها اندازه حرکت الکترون مضرب درستی از h/2π باشد که h ثابت پلانک است. همچنین در این مدل فرض می‌‌شود که ترازهای انرژی کوانتیده‌اند. بعدها که ساختار طیف مربوط به عناصر مختلف مورد توجه قرار گرفت، انرژی هر الکترون در اتم با یک سری اعداد که به عنوان اعداد کوانتومی معروف هستند، مشخص کردند.

 

اعداد کوانتومی اصلی

گفتیم که ترازهای انرژی در اتم گسسته هستند. این امر به این معنی است که اگر اتم توسط تابش الکترومغناطیسی بمباران شود، تابش توسط الکترونها جذب می‌‌شود. لذا الکترونها از ترازهای اولیه یا پایه خود تحریک شده و به ترازهای برانگیخته می‌‌روند، اما چون این حالت یک حالت ناپایدار است، لذا الکترون با گسیل تابش از تراز برانگیخته به تراز اولیه خود برمی‌‌گردد. مقدار انرژی جذب شده یا گسیل شده متناسب با فاصله ترازهای انرژی است، یعنی اگر انرژی تراز اولیه را با E و انرژی تراز برانگیخته را با ΄E مشخص کنیم، در این صورت فرکانس نور گسیل شده یا تحریک شده از رابطه E - E΄ = hv حاصل می‌‌شود.

 

از طرف دیگر ، چون طبق اصل موضوع بوهر ، اندازه حرکت الکترون باید مضرب صحیحی از h/2π باشد، بنابراین اگر با تقریب مدار حرکت الکترون به دور هسته را دایره‌ای به شعاع r فرض کنیم، در این صورت nh/2π خواهد بود که در این رابطه v سرعت الکترون و m جرم آن است. همچنین با توجه به این که نیروی وارد شده از طرف هسته بر الکترون نیروی مرکزی است، لذا اگر بار هسته را برابر ze بگیریم که در آن z عدد اتمی است، مقدار نیروی وارد بر الکترون برابر ze2/r2 = mv2/r خواهد بود. از ترکیب این روابط می‌‌توان مقدار انرژی الکترون در هر تراز اتمی را بدست آورد.

 

در این صورت انرژی از رابطه: E = 1/2mc2/(zα)2 بدست می‌آید که در این رابطه α مقدار ثابتی است که برابر α = 1/137 e2/ћc بوده و ثابت ساختار ریز نامیده می‌‌شود. مقدار n که در رابطه انرژی ظاهر شده است، عدد کوانتومی اصلی نامیده می‌‌شود. البته می‌‌توان مقدار انرژی الکترون در هر تراز را از حل معادله شرودینگر محاسبه کرد. در این صورت نیز رابطه انرژی الکترون در هر تراز برحسب یک عدد کوانتومی که به عدد کوانتومی اصلی معروف است، مشخص می‌‌شود.

 

 

عدد کوانتومی اندازه حرکت زاویه‌ای مداری

نظریه اتم تک الکترونی بوهر عدد کوانتومی اصلی n را معرفی می‌‌کند که مقدار درست آن انرژی کل اتم را مشخص می‌‌کند. عدد کوانتومی n که یک عدد صحیح و مثبت است، بزرگی اندازه حرکت زاویه‌ای الکترون به دور هسته را بر اساس اصل موضوع بوهر ، طبق رابطه L = nћ مشخص می‌‌کند. ћ عدد ثابتی است که بصورت نسبت ثابت پلانک بر عدد 2π تعریف می‌‌شود، اما از دیدگاه مکانیک موجی درست نیست که برای الکترون یک مسیر مشخص دایره‌ای یا شکل دیگری را در نظر بگیریم. (اصل عدم قطعیت مانع این کار است) و نیز از این دیدگاه قاعده بوهر در مورد کوانتش بزرگی اندازه حرکت زاویه‌ای درست نیست.

 

بر خلاف نظریه کلاسیک ، مکانیک موجی نشان می‌‌دهد که بزرگی اندازه حرکت زاویه‌ای مداری (L) یک دستگاه اتمی کوانتیده است و مقادیر ممکن آن می‌‌تواند از رابطه: L = (l(l + 1))1/2ћ بدست آید. در این رابطه l عدد صحیحی است که عدد کوانتومی ‌اندازه حرکت زاویه‌ای مداری نامیده می‌‌شود. برای مقدار مفروض از عدد کوانتومی ‌اصلی n ، مقادیر ممکن l ، اعداد درست از صفر تا n - 1 خواهد بود. به عنوان مثال ، اگر n = 2 باشد، در این صورت l می‌‌تواند مقادیر (1,0) را اختیار کند.

 

در نمادگذاری ترازها هر مقدار از l با یک حرف مشخص می‌‌شود. در این نمادگذاری مقدار l = 0 با حرف S و l = 1 با حرف l = 2 ، P با حرف D و ... مشخص می‌‌شود. چون انرژی فقط برحسب عدد کوانتومی ‌اصلی مشخص می‌‌شود، بنابراین در مورد تک الکترونی که تحت تأثیر یک نیروی کولنی از جانب هسته است و در تراز n = 3 قرار دارد، هر سه حالت l = 0 , 1 , 2 دارای انرژی یکسانی خواهند بود.

 

 

اعداد کوانتومی ‌مغناطیسی مداری

گفتیم که الکترون در اثر نیرویی که از طرف هسته بر آن وارد می‌‌شود، حول هسته می‌‌چرخد. چون الکترون یک ذره باردار است، بنابراین مدار الکترون را می‌‌توان یک مدار مغناطیسی در نظر گرفت. برای این مدار مغناطیسی و در واقع برای الکترون می‌‌توان یک گشتاور دو قطبی مغناطیسی تعریف نمود. این کمیت بر اساس اندازه حرکت زاویه‌ای مداری الکترون تعریف می‌‌شود. یعنی از رابطه μ = eL/2m حاصل می‌‌شود که در آن μ گشتاور دو قطبی مغناطیسی است.

 

حال اگر یک میدان مغناطیسی خارجی اعمال شود، در این صورت میدان سعی می‌‌کند تا گشتاور دو قطبی مغناطیسی و به تبع آن L را در راستای میدان قرار دهد، اما در مکانیک موجی بردار اندازه حرکت زاویه‌ای مداری L نمی‌‌تواند هر جهتی را نسبت به میدان مغناطیسی اختیار کند، بلکه محدود به جهتهای به خصوصی است که برای آن مؤلفه بردار اندازه حرکت زاویه مداری ، در راستای میدان مغناطیسی ، مضرب دستی از ћ باشد. بنابراین اگر جهت میدان مغناطیسی را در راستای محور z اختیار کنیم، در این صورت مؤلفه z بردار L از رابطه Lz = ml ћ حاصل می‌‌شود. در این رابطه ml عدد کوانتومی ‌مغناطیسی مداری است. به ازای یک مقدار مفروض l ، m_l می‌‌تواند مقادیر زیر را اختیار کند:

 

 

 

{ml ={ l , l - 1 , l - 2 , … , 0 , … , - l

 

 

عدد کوانتومی ‌مغناطیسی اسپینی

در نظریه کوانتومی ‌سه ثابت فیزیک کلاسیک مربوط به حرکت ذره‌ای که تحت تأثیر جاذبه عکس مجذوری قرار دارد، کوانتیده‌اند. این سه ثابت عبارتند از: انرژی ، بزرگی اندازه حرکت زاویه‌ای مداری ، مؤلفه اندازه حرکت زاویه‌ای مداری در یک جهت ثابت از فضا. در مکانیک کوانتومی ‌به این ثابتهای حرکت اعداد کوانتومی n و l و ml نسبت داده می‌‌شوند، اما علاوه بر این سه عدد کوانتومی ، عدد کوانتومی ‌دیگری به نام عدد کوانتومی ‌اسپینی که به مفهوم اسپین الکترون مربوط است، معرفی می‌‌شود.

 

در سال 1925/1304 گود اسمیت و اوهلن یک اظهار داشتند که یک اندازه حرکت زاویه‌ای ذاتی ، کاملا مستقل از اندازه حرکت زاویه‌ای مداری ، به هر الکترون وابسته است. این اندازه حرکت ذاتی ، اسپین الکترون نامیده می‌‌شود. چون می‌‌توان آن را با اندازه حرکت ذاتی که هر جسم گسترده بر اساس دوران یا اسپین حول مرکز جرم خود دارد، مانسته داشت. البته لازم به توضیح است که در مکانیک موجی تلقی الکترون به عنوان یک کره ساده با بار الکتریکی صحیح نیست، بلکه صرفا به خاطر مشخص کردن اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی الکترون به کمک مدل قابل تجسم ، بهتر است که آن را به عنوان جسمی که در فضا دارای گسترش است و بطور پیوسته حول یک محور به دور خود می‌‌چرخد، فرض کنیم.

 

 

 

  مانند اندازه حرکت زاویه‌ای مداری در اینجا نیز می‌‌توانیم یک گشتاور مغناطیسی مربوط به حرکت اسپینی الکترون در نظر بگیریم. چنانچه یک الکترون ، با گشتاور مغناطیسی دائمی خود ، در یک میدان مغناطیسی قرار گیرد، انتظار می‌‌رود که اسپین آن کوانتیده فضایی باشد، یعنی گشتاور مغناطیسی اسپینی و اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی به سمت گیری‌های خاصی محدود خواهند بود.

 

بنابراین اگر میدان مغناطیسی در راستای محور z فرض شود، در این صورت مؤلفه اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی Lsz در جهت این میدان از رابطه Lsz = msћ حاصل خواهد شد. در این رابطه ms عدد کوانتومی ‌مغناطیسی اسپینی نامیده می‌‌شود. از آنجا که الکترون از دسته فرمیونها می‌‌باشد، بنابراین دارای اسپین نیم فرد خواهد بود، لذا عدد کوانتومی ms فقط می‌‌تواند دو مقدار ممکن 2/1+ و 2/1- را اختیار کند.

آرایش الکترونی عناصر

 

آشنایی

آرایش الکترونی نحوه چنیش الکترونها را در لایه‌های اطراف هسته اتم نشان می‌دهد. کار را با اتم هیروژن که یک الکترون در اوربیتال 1s دارد، آغاز می‌کنیم. با افزودن یک الکترون ، آرایش الکترونی اتم عنصر بعدی He که 1s2 است بدست می‌آید. به این ترتیب از عنصری به عنصر بعدی می‌رویم تا به آرایش الکترونی اتم مورد نظر می‌رسیم. این روش در ابتدا از طرف ولفگانگ پاولی مطرح شد و به روش «بناگذاری» موسوم است.

 

 

الکترون متمایز کننده

الکترونی که در روش بناگذاری ، به آرایش الکترونی یک عنصر افزوده می‌شود تا عنصر بعدی بدست آید، الکترون متمایز کننده نامیده می‌شود. این الکترون آرایش الکترونی اتم یک عنصر را از اتم عنصر پیشین متمایز می‌کند. الکترون متمایز کننده در هر مرحله به اوربیتال خالی دارای کمترین انرژی افزوده می‌شود.

 

آرایش الکترونی صحیح عناصر

آرایش الکترونی صحیح عناصر به صورت زیر است:

 

 

... ، 1s ، 2s ، 2p ، 3s ، 3p ، 4s ، 3d ،4p ، 5s ، 4d ، 5p ، 6s ، 4f ، 5d ، 6p ، 7s ،5f ، 6d ، 7p.

 

انرژی لایه‌های فرعی

انرژی همه اوربیتالهای یک پوسته فرعی یکسان است. مثلا انرژی هر اوربیتال 3p برابر انرژی هر یک از دو اوربیتال 3p دیگر است. تمام پنج اوربیتال 3d نیز انرژی یکسان دارند. اما در یک پوسته اصلی ، پوسته‌های فرعی مختلف انرژی متفاوت دارند. برای هر مقدار n ، انرژی پوسته‌های فرعی به ترتیب s < p < d < f افزایش می‌یابند.

 

در پوسته n = 3 ، اوربیتال 3s کمترین انرژی ، اوربیتالهای 3p ، انرژی متوسط و اوربیتالهای 3d حداکثر انرژی را دارند. گاهی انرژی اوربیتالهای مربوط به پوسته‌های مختلف ، همپوشانی دارند. مثلا در بعضی از اتمها ، اوربیتال 4s ، کم انرژی‌تر از اوربیتال 3d است.

 

ترتیب قرار دادن اوربیتالها

ترتیب معینی برای قرار دادن متوالی اوربیتالها برحسب انرژی که برای تمام اتمها صدق می‌کند، وجود ندارد. در فرآیند فرضی بناگذاری ، خصلت اتم به موازات افزایش یافتن تعداد پروتون و نوترون در هسته و نیز اضافه شدن تعداد الکترونها تغییر می‌کند. خوشبختانه ، تغییرات ترتیب انرژی اوربیتالی از عنصری به عنصر بعد به تدریج و بطور منظم صورت می‌پذیرد. این ترتیب تنها برای موقعیتهای اوربیتالی که الکترون متمایز کننده در فرآیند بناگذاری در آن جا می‌گیرد صادق است.

 

به این ترتیب که از 1s شروع می‌کنیم و به تدریج اوربیتالهای بالاتر را پر می‌کنیم. باید توجه کنیم که در پوسته فرعی p سه اوربیتال ، در d پنج اوربیتال و در f هفت اوربیتال وجود دارد. هر پوسته فرعی را پیش از آنکه به پوسته بعدی الکترون داده شود، پر می‌کنیم.

 

جدول تناوبی و آرایش الکترونی

برای بدست آوردن آرایش الکترونی می‌توان جدول تناوبی را مورد استفاده قرار داد. نوع الکترون متمایز کننده به موقعیت عنصر در جدول تناوبی ارتباط داده می‌شود. توجه کنید که جدول را می‌توان به یک دسته «s» ، یک دسته «p» ، یک دسته «d» ، و یک دسته «f» تقسیم کرد. برای عناصر دسته «s» ، و دسته «p» ، عدد کوانتومی اصلی الکترون متمایز کننده ، مساوی شماره تناوب ، برای عناصر دسته «d» برابر با شماره تناوب منهای یک و برای عناصر دسته «f» مساوی با شماره تناوب منهای دو است.

 

 

 

برای آنکه بتوانید بحث را برای بدست آوردن آرایش الکترونی تعقیب کنید، باید یک جدول تناوبی دم دست داشته باشید. به عنوان مثال ، اولین تناوب از دو عنصر تشکیل شده است، (هیدروژن و هلیوم) که هر دوی آنها ، از عناصر دسته «s» هستند. آرایش الکترونی هیدروژن 1s1 و از آن هلیوم 1s2 است.

 

 

تناوب دوم با لیتیم (1s1 2s1) و بریلیم (1s2 2s2) آغاز می‌شود که در آنها الکترونها به اوربیتال 2s افزوده می‌شوند. در شش عنصری که این تناوب را تکمیل می‌کنند، یعنی بور (1s2 2s2 2p1) تا گاز نجیب نئون (1s2 2s2 2p6) الکترونها یک به یک به سه اوربیتال 2p افزوده می‌شوند.

الگوی تناوب دوم در تناوب سوم نیز تکرار می‌شود. دو عنصر دسته «s» ، سدیم (1s2 2s2 2p6 3s1) و منیزیم (1s2 2s2 2p6 3s2) هستند. شش عنصر «دسته p» از آلومینیوم (1s2 2s2 2p6 3s2 3p1) تا گاز نجیب آرگون (1s2 2s2 2p6 3s2 3p6) را در بر می‌گیرند.

 

پرتوزایی

 

پرتوزایی به دو دسته ی طبیعی و مصنوعی (ساختگی) تقسیم می شوند:

 

 

1.پرتوزایی طبیعی

 

هسته ی هر اتم معمولا پایداری زیادی دارد بروتن ها و نوترون ها با نیروی نسبتا زیادی گرد هم امده اند اما هرگاه نسبت نوترون ها به  پروتن ها از 1/5 بیشتر باشد این بایداری هم از بین می رود و به عنصرهای پرتوزا مبدل می شود.این عنصرها جرم اتمی زیادی دارند و از پولونیم(Po)عنصرهای 84 اغاز می شوند.عنصرهای پرتوزا نخستین بار توسط بکرل کشف شد.این عنصرها پرتوهایی از خود بیرون می دهند که از اجزای زیر تشکیل شده اند:

1.پرتو الفا که ذره ای است و از هسته ی اتم هلیم یا هلیون تشکیل می شود.

2.پرتو بتا که ان هم ذره ای است و از الکترون ها تشکیل می شود.

3.پرتو گاما که خصلت موجی دارد و از نوع پرتو ایکس اما با انرزی خیلی بیشتر است.

تغییر هایی  که در موردهای پرتوزاها بر اثر بخش برتو الفا بتا و گاما بدید می اید طبق قانون سادی انجام می گیرد.

 

قانون سادی

 

1.هرگاه جسمی پرتو الفا ازخود  بیرون بدهد از جرم اتمی ان 4 واحد و از عدد اتمی ان 2 واحد کم می شود.

 

2.هرگاه جسمی پرتو بتا از خود بیرون بدهد جرم اتمی ان تغییر نمی کند بلکه عدد اتمی ان یک واحد افزایش می یابد.یعنی یک نوترون به یک پروتون مبدل شده و در ضمن یک الکترون هم داده است.جرم اتمی تغییر نکرده اما عدد اتمی بر اثر ایجاد یک بروتون یک واحد افزایش یافته است.

 

 

2.پرتوزایی مصنوعی(ساختگی)

 

بر اثر بمباران یک عنصر به وسیله ذره ها یا برتو معینی می توان عنصر دیگری به دست اورد.برای نمونه هسته ی یک اتم با جذب برتو الفا و دفع ذره های دیگر به اتم دیگری مبدل می شود.اگر عنصر تازه پرتوزا باشد ان را پرتوزای مصنوعی می نامند.با وسیله های بسیار قوی مانند پیل اتمی و یا سیکلوترون بسیاری از ایزوتوپ های اتم های مشهور را به شکل مصنوعی ساخته اند در بین انها برخی ثابت و عده ی بیش تری پرتوزا هستند.

 

 

 

 

ساختار اتم :

 

تالس آب را عنصر اصلی سازنده ی جهان هستی می دانست.

ارسطو پس از تالس ,سه عنصر هوا و خاک و آتش را به آب اضافه کرد. در آن زمان چهار عنصر، عناصر کاینات تصور می شد.

بویل مفهوم تازه ای از عنصر را ارائه داد (تعریف دو دانشمند یعنی تالس و ارسطو از عنصر درست نبود)به این معنی که ماده ای که نمی توان آن را به مواد ساده تری تبدیل کرد و شیمی را علمی تجربی و عملی دانست (سه ابزار یونانیان یعنی مشاهده و اندیشیدن و نتیجه گیری را کافی ندانست.)

 

نظریه ی اتمی دالتون:

دالتون نظریه اتمی خود را با اجرای آزمایش در هفت بند بیان کرد.

1- ماده از ذره های تجزیه ناپذیری به نام اتم ساخته شده است.

2- همه ی اتم ها یک عنصر ، مشابه یکدیگرند.

3- اتم ها نه به وجود می آیند و نه از بین می روند.

4- همه ی اتم های یک عنصر جرم یکسان و خواص شیمیایی یکسان دارند.

5-اتم های عنصرهای مختلف به هم متصل می شوند و مولکول ها را به وجود می آورند.

6- در هر مولکول از یک ترکیب معین , همواره نوع و تعداد نسبی اتم های سازنده ی آن یکسان است.

7-واکنش های شیمیایی شامل جابه جایی اتم ها و یا تغییر در شیوه ی اتصال آن ها است.

نظریه های دالتون نارسایی ها و ایرادهایی دارد و اما آغازی مهم بود.

 

مواردی که نظریه ی دالتون نمی توانست توجیه کند:

1- پدیده ی برقکافت (الکترولیز) و نتایج مربوط به آن

2- پیوند یونی ـ فرق یون با اتم خنثی

3- پرتو کاتدی

4- پرتوزایی و واکنش های هسته ای

5- مفهوم ظرفیت در عناصر گوناگون

6- پدیده ی ایزوتوپی

 

 

 

آزمایش تامسون

 

 

روش کار تامسون:

 

 

اشعه کاتدی در میدان الکتریکی منحرف می شود. (C)

 

 

اشعه کاتدی در میدان مغناطیسی نیز منحرف می شود. (A)

 

 

تامسون شدت دو میدان مغناطیسی و الکتریکی را که همزمان و عمود بر هم، در اطراف لوله اشعه کاتدی برقرار شده بود، به نحوی تنظیم کرد که اشعه کاتدی هیچگونه انحرافی نداشته باشد (B).

 

 

 

از برابر قرار دادن این دو میدان و انجام محاسبات لازم نسبت e/m را به دست آورد.

 

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

 

 

 

کار میلیکان (آزمایش قطره روغن):

 

 

 

میلیکان با آزمایش و انجام محاسبات ابتدا مقدار بار الکتریکی و سپس با کمک این نسبت (e/m) جرم الکترون را بدست آورد.

 

 

لومینانس (تابناکی)

 

مواد لومینانس شامل دو حالت فلوئورسانس و فسفرسانس است .لومینانس (تابناکی) :پدیده نورافشانی جسمی پس از قرار گرفتن در معرض اشعه

 

هانری بکرل بطور تصادفی به پدیده پرتوزایی پی برد.

 

1- فلوئورسانس: خاصیت فیزیکی برخی مواد که با قطع منبع نور تابش قطع می شود.

2- فسفرسانس: خاصیت فیزیکی برخی مواد که با قطع منبع نور تا مدتی تابش ادامه دارد.

3- تولید اشعهX: رونگتن (کاشف اشعه X) با تاباندن اشعه کاتدی روی یک آند فلزی توانست اشعه X را تولید کند.

مواد رادیو اکتیو یا پرتوزا: موادی هستند که به طور طبیعی و خود به خود (بدون دخالت عوامل خارجی) از خود اشعه (پرتو) ساطع می کنند. به پرتو تابیده شده از سوی این مواد اشعه رادیو اکتیو و این پدیده را پدیده رادیواکتیویتی یا پرتوزایی می گویند.

 

 

فرق لومینانس با پدیده رادیواکتیویتی: لومینانس یا پدیده تابناکی، با جذب نور تابناک می شود و نور می دهد اما پدیده رادیواکتیویتی بدون جذب نور و خود به خود انجام می شود.

 

علت پرتوزایی مواد، ناپایداری هسته های مواد رادیواکتیو می باشد. این تغییرات در هسته اتم اتفاق می افتد. این مواد (مواد رادیواکتیو) هنگامی که از خود اشعه یا ذره یا هر دو را تابش می کنند تا حدی پایدار می شوند.

 

مواد دادیو اکتیو سه نوع تابش دارند: آلفا ،بتا، گاما

 

هر گاه از یک منبع رادیواکتیو یک باریکه پرتو را از میان دو صفحه باردار عبور دهیم باریکه پرتو به سه تابش گفته شده تقسیم می شود.

 

ویژگی اشعه آلفا: از جنس هسته هلیم He2+ می باشد و جذب صفحه منفی می شود.

 

قدرت نفوذ کمتری از بتا و گاما دارد و بار آن مثبت است. هلیم اتمی است که 2 الکترون، 2 پروتون و 2 نوترون دارد.

 

 

 

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

 

ویژگی اشعه بتا: از جنس الکترون و دارای بار منفی است و جذب صفحه مثبت می شود. قدرت نفوذ آن از آلفا بیشتر و از گاما کمتر است.

 

ویژگی اشعه گاما: بار ندارد. در صفحه های باردار منحرف نمی شود، از جنس اشعه X

 

 

 

مدل اتمی رادرفورد: اتم هسته دار

 

 

رادرفورد با آزمایش بمباران ورقه نازک طلا با ذره های آلفا مدل اتم هسته دار را ارائه داد.

 

 

رادرفورد ورقه نازکی از طلا را بوسیله اشعة آلفا بمباران کرد. انتظار داشت تمامی اشعه آلفا از سطح نازک طلا عبور کند (طبق مدل اتمی تامسون) اما با کمال تعجب دید:

 

1- دسته ای از اشعه ها بدون انحراف عبور کردند (بیشترین درصد اشعه)

 

2- دسته ای اشعه ها با انحراف عبور کردند (درصد کمی)

 

3- دسته ای از اشعه ها بازگشت پیدا کردند (درصد بسیار کم)

 

- انحراف و بازگشت آلفا در واقع نشان داد که در اتم های بارهای مثبت متمرکز هستند:(رد نظریه تامسون که بارهای مثبت را فضا ابرگونه و پراکنده فرض کرده بود.)- انحراف به علت عبور از نزدیکی هسته (بار مثبت اتم)

 

- بازگشت در برخورد با هسته (هسته ای کوچک با جرم بسیار زیاد.)

 

 

 

 

نتایج آزمایش رادرفورد:

 

 

1ـ بیشترین حجم اتم فضای خالی است .

 

 

 

 

2ـ بارهای مثبت متمرکز هستند (نه پراکنده)یعنی وجود میدان الکتریکی قوی در اتم را نشان می داد.

 

 

 

 

3ـ اتم هسته ی کوچک و جرم بسیار زیاد

 

 

برای تصور بهتر از آزمایش رادرفورد اینجارا کلیک کنید

 

 

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

 

کشف پروتون

 

دومین ذره کشف شده پروتون نام گرفت.

تامسون و سایر دانشمندان به دلایل زیر به این نتیجه رسیده بودند که در اتم علاوه بر الکترون، باید ذره ای با بار مثبت نیز وجود داشته باشد.

1- اتم ها از نظر الکتریکی خنثی هستند. پس برای خنثی کردن بار منفی الکترون باید ذره ای با بار مثبت در اتم وجود داشته است.

2- الکترون ها ذره ای بسیار سبک هستند و این واقعیت نشان می دهد که در اتم ها باید ذره یا ذره هایی با جرم بسیار بیشتر وجود داشته باشند تا وجود آنها سنگین تر بودن اتم نسبت به الکترون را توجیه کند. پروتون ذره ای با بار نسبی 1+ (الکترون بار نسبی 1ـ) و جرمی 1837 بار سنگین تر از جرم الکترون است.

 

· کشف نوترون

 

· رادرفورد وجود ذره دیگری در اتم را که خنثی بود حدس زد.

· او گفت که در اتم هیدروژن یک پروتون و در اتم هلیم دو پروتون وجود دارد. پس باید جرم هلیم دو برابر جرم هیدروژن باشد.اما این طور نبود (بلکه جرم هلیم چهار برابر جرم هیدروژن می باشد.) او گفت پس باید ذره دیگری در کار باشد. که جرم آن حدوداً نزدیک به جرم پروتون است و اما در بار اتم نقشی ندارد (یعنی خنثی است

اما چادویک با آزمایش (* بمباران Be (برلیم) توسطه اشعه α) پی به وجودنوترون

برد و آن را کشف کرد.

 

 

کشف عدد اتمی (Z)

 

موزلی با مطالعه اشعه ایکس تولید شده (در لامپ اشعه x) و بررسی فرکانس اشعه ایکس تولید شده، متوجه شد فرکانس اشعه Xبا افزایش جرم اتم افزایش می یابد. سپس مقدار کل بار مثبت درون هسته هر اتم را حساب کرد. از تقسیم مقدار کل بار مثبت هسته 0بر بار الکتریکی یک پروتون تعداد پروتون های درون هسته هر اتم را پیدا کرد

 

 

 

از آن جایی که اتم ذره ای خنثی است. بنابراین تعداد الکترون ها نیز از روی عدد اتمی (Z) مشخص می شود. از روی عدد اتمی می توان نوع عنصر را معین کرد.

 

در واقع ماهیت هر عنصر به عدد اتمی (Z) آن بستگی دارد.

 

یعنی اتمی که دارای 6 پروتون و 6 الکترون باشد کربن است.

 

 

جرم یک اتم به تعداد پروتون و نوترون درون هسته آن بستگی دارد. (از جرم الکترون بعلت

 

 

 

ناچیزی صرف نظر می کنیم)

 

 

از این رو به مجموع تعداد پروتون و نوترون یک اتم عدد جرمی می گویند و به A نمایش می دهند.

 

 

 

جرم اتم ها را با دقت بسیار زیادی با دستگاهی بنام طیف سنج جرمی اندازه گیری می .

 

 

 

کنندبه کمک این دستگاه معلوم شده که جرم همه اتم های یک عنصر یکسان نیست.

 

 

از آن جائیکه تعداد پروتون ها در همه اتم های یک عنصر یکسان است پس تفاوت در تعداد

 

 

 

نوترون است (و این یعنی مفهوم ایزوتوپی)

 

 

در واقع ایزوتوپ ها اتم های یک عنصر هستند که عدد اتمی (Z) یکسان و عدد جرمی (A) متفاوت دارند.

 

 

 

نکته:هیدروژندارای سه ایزوتوپ است. هیدروژنتنها عنصری است که نوترون ندارد

 

نکته: خواص شیمیایی ایزوتوپ های یک عنصر یکسان است زیرا خواص شیمیایی یک عنصر به الکترون ها و پروتون های آن بستگی دارد. ولی خواص فیزیکی ایزوتوپ ها با هم متفاوت است (یعنی از نظر جرم سنگینی ـ چگالی و نقطه جوش و ...)

 

 

نکته: ایزوتوپ ها به دلیل داشتن عدد اتمی یکسان مکان یکسانی در جدول تناوبی دارند. ایزوتوپ یعنی (هم مکان) به همین دلیل جرم میانگین عنصرها را حساب می کنند و در جدول تناوبی عناصر قرار می دهند.

 

 

 

 

اساس دستگاه طیف سنج جرمی:

 

 

 

 

گاز ابتدا یونیزه می شود سپس در میدان الکتریکی شتاب می گیرند هنگامیکه در میدان مغناطیسی وارد می شود به علت e/m های متفاوت از هم جدا می شوند و اگر آشکارسازی باشد بطور مثال برای نئون سه لکه جدا روی آن خواهد افتاد

 

 

چون e/m های هر سه یکی نیست در میدان مغناطیسی انحراف متفاوت پیدا می کنند. میزان انحراف در میدان مغناطیسی به مقدار بار و جرم بستگی دارد

 

 

 

جرم یک اتم

 

 

اتم ها ذرات بی نهایت ریزی هستند و جرم یک اتم آنقدر کم و ناچیز است که نمی توان با دقیق ترین ترازوها نیز جرم آن را بدست آورد.

 

اما بطور تجربی می توان جرم یک اتم را نسبت به اتم دیگر بدست آورد.

 

در ابتدا هیدروژن و اکسیژن اساس سنجش جرم اتم ها بوده اند.اما اکنون براساس توافق بین المللی 12/1 جرم یک اتم ایزوتوپ کربن 12 به عنوان واحد جرم اتمی پذیرفته شده و به آن amu1 می گوییم .جرم اتمی عبارت از جرم اتم در مقیاس واحد جرم اتمی.

 

 

 

دانشمندان جرم اتم کربن را دقیقا برابر 120.000 قرار دادند و 12/1 آن را مبنای مقیاس تمامی اتم ها قرار دادند.

 

1 amu = جرم یک نوترون جرم یک پروتون

 

 

 

 

1 / 2000 amu = جرم یک الکترون

 

 

 

پس می توان با در دست داشتن تعداد پروتون و نوترون یعنی عدد جرمی بدَست آورد.

 

 

اتم (B ) بور دارای 5 الکترون 6 پروتون می باشد:

 

 

جرم اتمی بور

 

 

 

با توجه به وجود ایزوتوپ ها (اتم های یک نوع عنصر که دارای جرمهای متفاوتی هستند.) و

 

 

 

تفاوت در فراوانی آنها برای بدست آوردن جرم نمونه های طبیعی از اتم ها ی عنصرهای

 

 

 

مختلف جرم اتمی میانگین به کار می رود.

 

 

...+ جرم ایزوتوپ (2)× کسر فراوانی ایزوتوپ (2) + جرم ایزوتوپ (1)× کسر فراوانایزوتوپ (1) = جرم اتمی میانگین

 

تولید رنگهای متفاوت در هنگام آتش بازی:

 

 

در آزمایش شعله هنگامیکه مثلاً ترکیب مس دار داشته باشیم، رنگ آبی شعله به سبزی

 

 

 

می گراید. و اگر در لوله پرتوی کاتدی گاز هیدروژن باشد به رنگ صورتی در می آید.

 

 

این سؤال در ذهن به وجود می آید که این رنگها چگونه تولید می شود و مربوط به چیست؟

 

 

 

اگر رنگ تولید شده از ملتهب شدن گاز هیدروژن در لوله پرتوی کاتدی به وسیله منشور

 

 

 

تجزیه کنیم و آن را بر روی آشکارساز (فیلم عکاسی) ظاهر کنیم، می بینیم که یک الگو

 

 

 

ظاهر می شود. این الگوی انرژی منحصر به فرد را طیف می گویند. به نور نشر شده از

 

 

 

اتم های ملتهب که مورد تجزیه قرار می گیرند (به وسیله منشور) طیف نشری خطی می گویند.

 

 

 

طیف:

 

 

1ـ پیوسته:مثل طیف نوری سفید که از منشور گذرانده شود، که تمام طول موج های نور مریی را دارد، به طوریکه نوار رنگی با کناره ی نوار مجاور در هم می آمیزد.

 

 

2ـ ناپیوسته (گسسته): یا خطی ـ نواری (طیف عناصر) به حالت ملتهب (برانگیخته)

 

 

مجموعه از بعضی طول موج ها را دارد.

 

 

 

طیف:

 

 

1- جذبی: خطهای تاریک در زمینه ی روشن معرف طول موجهای جذب شده هستند.

 

 

2- نشری: (گسیلی): خطهای روشن در زمینه ی تاریک معرف طول موج های گسیلی هستند.

 

 

· با گذراندن طیف جذبی و نشری یک عنصر بر روی هم یک طیف پیوسته بوجود می آید.

 

 

در طیف نشری و طیف جذبی هر عنصر فقط طول موجهای معینی وجود دارد (نه همه ی

 

 

 

طول موج ها، خطهای معین و مشخص و ثابت چه در زمینه ی روشن و چه در زمینه ی تاریک)

 

· اتم هر عنصر همان طول موجهایی را از نور سفید (طیف پیوسته) جذب می کند، که

 

 

 

اگر به اندازه کافی گرم شود همان طول موج ها را تابش و نشر می کند.

 

 

· هر خط در طیف؛ مربوط به یک طول موج با انرژی مشخص و ثابت است.

 

 

· طول موج مربوط به هر خط جذبی برابر؛ طول موج از طیف نشری همان عنصر است.

 

 

(طیف پیوسته)              نور سفید تمام طول موج ها را دارد

 

 

 

(طیف نشری خطی) بعضی از طول موج ها را دارد. (در زمینه سیاه )

 

طیف جذبی  بعضی از طول موج ها را ندارد. (در زمینه روشن)

 

 

کشف رابطه میان طیف (الگوی ثابت انرژی) با ساختار اتم:

 

 

وجود یک ارتباط معنی دار میان الگوی ثابت و مشخص و معین انرژی (یعنی همان طیف نشری خطی هیدروژن) با ساختار اتم، ذهن دانشمندان را به خود مشغول کرد. مدل اتمی رادرفورد برای توجیه این طیف نارسا بود.زیرا طبق مدل اتمی رادرفورد الکترون ها در طراف هسته قرار گرفته اند.

 

 

در مدل اتمی رادرفورد در رابطه چگونگی توزیع الکترون در اطراف هسته توجیه درستی نبود.. پس، از توجیه طیف خطی و گسسته اتم های عناصر عاجز خواهد بود. طبق این مدل الکترون می تواند هر مقدار

 

 

انرژی را داشته باشد. (طبق این مدل، اگر الکترون ثابت و ساکن فرض شود، به علت جاذبه هسته، روی هسته سقوط خواهد کرد.) و یا اگر حرکت داشته باشد، یک حرکت مارپیچی که انرژی الکترون رفته رفته کم شود و با تابش طیف پیوسته، نهایتاً روی هسته سقوط خواهد کرد.

 

 

 

حرکت مارپیچی (حلزونی) به طرف هسته سرنوشت مدل اتمی رادرفورد

 

 

 

 

مدل اتمی بور

 

 

* بور با ارائه مدل تازه ای برای اتم هیدروژن، این نارسائی را تا حدی برطرف کرد:

 

 

1) الکترون در اتم هیدروژن در مسیری دایره ای شکل به دور هسته گردش می کند.

 

2) انرژی این الکترون با فاصله آن از هسته رابطه ای مستقیم دارد

 

3) این الکترون فقط می تواند در فاصله های معین و ثابتی پیرامون هسته گردش کند.

 

 

 

در واقع الکترون تنها مجاز است که مقادیر معینی انرژی را بپذیرد. به هر یک از این مسیرهای دایره ای (مدارها) مجاز، تراز انرژی می گویند. تعداد این ترازهای انرژی در اتم اندک است.

 

4) این الکترون معمولاً در پائین ترین تراز انرژی ممکن (نزدیکترین مدار به هسته) قرار دارد. به این تراز انرژی، حالت پایه گویند.

 

5) با دادن مقدار معینی انرژی به این الکترون، می توان آن را قادر ساخت که از حالت پایه (ترازی با انرژی کمتر) به حالت برانگیخته (ترازی با انرژی بالاتر) انتقال پیدا کند.

 

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 باز می گردد.

 

 

 

 

از آنجائی که انرژی اضافه الکترون در حالت برانگیختگی باعث ناپایداری اتم می شود، اتم

 

 

 

تمایل دارد حالت ناپایدار را یا از دست دادن انرژی به حالت پایه اتم که حالت پایدار است،

 

 

 

برسد. این انرژی را در ناحیه مرئی به صورت نشر نور از دست می دهد. نشر نور، با طول

 

 

 

موج معین (یعنی همان خط هائی که در طیف می دیدیم.)

 

 

مقدار انرژی لازم برای جهش الکترون بین دو سطح را کوانتوم گویند:

 

 

انرژی یک کمیت کوانتومی است. (معنی کوانتومی = پیمانه ای ـ بسته ای ـ کمیت

 

 

 

ناپیوسته و گسسته که دارای مقدار معینی انرژی می باشد.)

 

 

بور با کوانتیده در نظر گرفتن ترازهای انرژی یا به عبارت دیگر، کوانتومی در نظر گرفتن

 

 

 

مبادله انرژی هنگام جابجائی میان ترازهای یاد شده، توانست با موفقیت طیف نشری

 

 

 

خطی هیدروژن را توجیه کند.

 

 

طبق نظریه بور، الکترون فقط وقتی می تواند تابش کند و نور منتشر کند که ازمدار بالاتر به

 

 

 

مدار پائین تر بیفتد و هنگامی که الکترون در مدار خود هست، انرژی معینی دارد و پایدار

 

 

 

است. (مدار مانا).

 

 

 

 

انرژی یک الکترون نیز کوانتومی است. یعنی مقدار معینی انرژی (نه هر مقدار) و چون

 

 

 

انرژی لازم برای جهش الکترون بین دو تراز انرژی اتم نیز کوانتومی است، هنگامی که

 

 

 

الکترون به مدار خود برمی گردد، انرژی اضافی خود را که کسب کرده بود، دوباره از دست

 

 

 

می دهد و نور نشر می کند، یعنی دارای طول موج معین نیز خواهد بود. (یعنی همان خط

 

 

 

های مشخص در طیف که دارای طول موجهای معین بودند.)

 

 

 

 

 

1- پیوسته: مانند مساحت زمین، پارچه، ... که هر اندازه می تواند باشد

 

 

کمیت ها: 2 متر مربع یا 5/2 متر مربع یا هر مقدار دلخواه دیگر)

 

 

2- گسسته یا ناپیوسته: مانند تعداد دانش آموزان (21 دانش آموز، یا کمتر

 

 

 

یا بیشتر نه 2/22 دانش آموز)

 

 

 

 

 

 

تعداد الکترون، بار الکتریکی الکترون، تعداد اتم، مقدار انرژی همه کمیتهای ناپیوسته یا

 

 

کوانتومی یا بسته ای یا پیمانه ای می باشد که فقط مقدارهای معین و مشخص را در

 

 

برمی گیرند، نه هر مقداری را.

 

 

اساساً در جهان دو نوع رفتار قابل مشاهده است: رفتار (خواص) ذره ای ـ رفتار (خواص) موجی

 

 

پلانک خاصیت ذره ای برای ذرات قائل بوده (مثل نور) دوبروی با پذیرفتن رفتار ذره ای

 

 

 

رفتار موجی را به ذرات نسبت داد.

 

 

مانند نور که هم خاصیت ذره ای و هم خاصیت موجی دارد. رفتار ذره ای مانند هنگامیکه

 

 

 

با برخورد فوتون به سطح فلز سزیم (در چشم الکترونیک) جریان الکتریسیته برقرار شود.

 

 

 

(الکترون ها از سطح فلز سزیم جدا می شود.)

 

 

نکته: نور از ذرات ریز به نام فوتون درست شده است.

 

 

نکته: فلز سزیم عنصر گروه اول جدول تناوبی که دارای انرژی یونش بسیار پایین است.

 

 

الکترون ظرفیتی آن (الکترون لایه آخر) به راحتی و با کمترین انرژی جدا می شود.

 

 

گسترش مفهوم دوگانگی موج ـ ذره توسط دوبروی انجام شد.

 

 

موج ـ ذره = Wave - Particle

 

 

 

 

موره = Wavticle

 

 

 

 

دوبروی به الکترون ها طول موجی نسبت داد.الکترون ها نیز دارای دو رفتار ذره ای و موجی هستند.

 

 

در اشعه کاتدی خاصیت ذره ای الکترون را و در میکروسکوپ الکترونی رفتار موجی را داریم.

 

 

ذرات بسیار ریز (نظیر اتم و مولکول و ...) که با نور مرئی (به علت بلندی طول موج) قابل

 

 

 

دیدن نیست با میکروسکوپ الکترونی که با الکترون با طول موج کوتاه کار می کند قابل

 

 

 

دیدن می شود.

 

 

نکته: اساساً وقتی ما چیزی را می بینیم که از آن جسم نور به چشم ما برسد.

 

 

دانشمندان در میکروسکوپ الکترونی با تنظیم سرعت الکترون طول موج آن را تغییر می

 

 

 

دهند و هر چه سرعت بیشتر طول موج کوتاه تر می شود (پس امکان تصویربرداری از ذرات

 

ریز ممکن می شود.)

 

هایزنبرگ می گوید: الکترون ها به علت کوچکی و سرعت بالایی که دارند هرگز نمی

 

 

 

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

 

 

اصل عدم قطعیت هایزنبرگ:هرگز نمی توان محل دقیق (موقعیت و سرعت و اندازه حرکت)

 

 

 

الکترون را همزمان به دست آورد.

 

 

دانستید که الکترون علاوه بر خصلت ذره ای، خصلت موجی، نیز دارد این خصلت دو گانه

 

 

 

باعث می شود که هرگز نتوان چگونگی جابه جا شدن الکترون از نقطه ای به نقطه ای

 

 

 

دیگر را معین کرد و نیز نمی توان موقعیت الکترون در اتم دو هر لحظه از زمان مشخص

 

 

نمود:

 

 

 

در مدل کوانتومی (نظریه شرودینگر) که بر پایه خواص موجی الکترون ها، استوار

 

 

 

 

است به جای صحبت از مکان دقیق الکترون، احتمال حضور آن در فضای معینی در اطراف

 

 

 

 

هسته را مورد توجه قرار می دهیم. چنین فضایی را اوربیتال می نامیم.

 

 

اوربیتال:فضایی در اطراف هسته است که احتمال یافتن الکترون در آن بیش از 90%

 

 

باشد. (البته مانند مدل بورانرژی الکترون کوانتیده است).

 

 

1ـ احتمال حضور الکترون در جاهای گوناگون در اطراف هسته به وسیله نقطه هایی

 

 

 

نشان داده می شود. تراکم این نقطه ها در اطراف هسته به صورت ابری در می آید که به

 

 

 

آن ابر الکترونی می گوییم هر جا که تراکم ابر الکترونی یا نقطه ها بیشتر باشد، احتمال

 

 

 

حضور الکترون در آن جا نیز بیشتر است.

 

 

2ـ اوربیتال یک فضای احتمالیست که می تواند شکل های مختلفی داشته باشد. اوربیتال

 

 

 

ها را با حروف مشخصی نامگذاری می کنیم. اوربیتال s و p و d و f.

 

 

 

 

Sکروی و P به صورت دمبل می باشد.

 

 

 

 

 

 

برای مشخص کردن جایگاه الکترون از اعداد کوانتومی (ms,ml,l,n) کمک می گیریم

 

. (پس هر الکترون در هر اتمی دارای مشخصات  شناسامه ای و کد مخصوص است.)

 

هیچ دو الکترون در یک اتم نمی تواند چهار عدد کوانتومی یکسان داشته باشند.

 

ممکن است در سه عدد کوانتومی ml,l,n   یکی باشند اما در msباید متفاوت باشند

 

 

 

روش پر کردن اوربیتال ها: روش آفبا

 

1. الکترون ها به ترتیب در اوربیتال هایی جای می گیرند که کمترین سطح انرژی را داشته باشند.

2. در هر اوربیتال حداکثر دو الکترون با اسپین مخالف می تواند قرار بگیرد.

(اصل طرد پاولی: هیچ دو الکترونی در اتم نمی تواند چهار عدد کوانتومی یکسان داشته باشد.)

3. اصل هوند در یک زیر لایه مثلاً 2p یا 3d ابتدا به هر اوربیتال یک الکترون تعلق می گیرد. (با اسپین موازی و همسو) سپس جفت شدن آغاز می شود.

مطابق شکل قرار می گیرد.

سپس جفت می شوند.

 

این شکل پایدارترین حالت است پس هرآرایش دیگری ناپایدار است. نظیر شکلهای زیر:

 

آرایش الکترونی اتم:

هیدروژن به خاطر داشتن تنها یک الکترون سطح انرژی زیر لایه ها در هر لایه ی الکترونی اصلی فقط به n (عدد کوانتومی اصلی وابسته است. اما در اتمهای دیگر با بیش از یک الکترون انرژی زیرلایه ها هم به nوl بستگی دارد. بنابراین طبق شکل زیر در اتم هیدروژن (با داشتن فقط یک الکترون) زیر لایه ها در هر لایه الکترونی اصلی هم تراز و هم انرژی هستند.

اما در اتمهای با بیش از یک الکترون زیر لایه ها در هر لایه اصلی الکترونی هم ترازی خود را از دست می دهند.

 

 

 

ادامه ...

 

نکته: در یک تراز انرژی معین و انرژی اوربیتال های P از انرژی اوربیتال های s بیشتر است و

 

s>p>d>f

 

نکته: افزایش انرژی اوربیتال های اتمی طبق اصل آفبا با رعایت اصل طرد پاولی و اصل هوند به ترتیب زیر است.

 

1s<2s<2p<3s<4s<3d<4p<....... 

 

وی پر شدن زیر لایه ها مربوط به تراز انرژی اصلی در اتم

 

در مورد روش افبا به طور خلاصه می توان گفت 

 

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

 

نکته: مقایسه دو اوربیتال از نظر سطح انرژی

 

1- اوربیتالی که مجموع اعداد کوانتومی اصلی و اوربیتالی آن پایین تر است سطح انرژی پایین تری قرار دارد و به هسته نزدیک تر است.

2s<2p

 

3=1+2                   2=0+2

-  اگر مجموع اعداد کوانتومی اصلی (n و l) اربیتالی برابر شود در این صورت آن که عدد

 

کوانتومی اصلی  پایین تر دارد (n کوچکتر) در سطح انرژی پایین تر قرار دارد.

 

3d<4d

 

5=1+4                   5=2+3

 

نکته: به طور خلاصه در مدل کوانتومی دانستیم که الکترون ها در اطراف هسته اتم در یک سری ترازهای اصلی  قرار دارند.

 

هر تراز انرژی خود ا زیک چند زیرلایه (l) تشکیل شده است و در هر زیر لایه یک چند اوربیتال هم شکل و هم انرژی و هم تراز (مثلاً 3 تا اوربیتال Pبا مثلاً 5 اوربیتال d و با 7 اربیتال d) با جهتهای متفاوت قرار دارد و در هر اوربیتال حداکثر دو الکترون در یک اوربیتال قابل توضیح است.

 

. حداکثر دو الکترون با اسپین متفاوت قرار دارند.

 

    چرا در هر اوربیتال حداکثر دو الکترون (چرا بیشتر یا کمتر نه؟) الکترون ها چگونه در یک اوربیتال کنار هم قرار می گیرند طبق مشاهدات تجربی برای توجیه برخی خواص فیزیکی اتم ها (مثلاً نظیر خواص مغناطیسی آن ها و یا مغناطیسی نبودن آنها)نسبت دادن دو الکترون در یک اوربیتال قابل توضیح است.

 

پس اتم هایی که دارای الکترونهای منفرد باشند از خود خواص مغناطیسی نشان می دهند و اتم هایی که تمام الکترون های آنها زوج شده باشد خواص غیر مغناطیسی نشان میدهند. الکترون ها دارای دونوع حرکت هستند.

 

1- حرکت اربیتالی (حرکت الکترون به دور هسته اتم)

2- حرکت اسپینی (حرکت به دور خود)

    چون الکترون ذره ی باردار است در حین حرکت در اطراف خود میدان مغناطیسی ایجاد می کند و تبدیل به یک آهن ربای کوچک می شود (حال اگر قرار باشد دو الکترون در کنار هم در یک اربیتال قرار بگیرند باید جهت حرکت انها مخالف هم باشند تا میدان مغناطیسی ایجاد شده (نیروی جاذبه مغناطیسی ایجاد شده دو  با ر هم نام الکترون ) بر نیروی دافعه دو بار الکتریکی منفی هم نام را از بین ببرد. (پس در یک اربیتال دو الکترون دو جهت ساعتگرد و پاد ساعتگرد را به خود می گیرند.

 

حال اگر قرار باشد الکترونها در اربیتال های جدا قرار گیرند(مثلاسه اربیتال p ) به شکل اسپین موازی قرار میگیرند که پایدارترین حالت است.

 

آدرس دهی یک الکترون: با داشتن اعداد کوانتومی زیر جای الکترون در اطراف هسته راپیدا می کنیم .

 

یعنی این الکترون در لایه اول در زیر لایه s دارای یک اربیتال می باشد که ml آن صفر است واسپین 2/1+ (یعنی این الکترون در حرکت به دور محور خود در جهت حرکت عقربه های ساعت می چرخد. این 

 

مثال : این اربیتال دارای چه اعداد کوانتومی است؟    3pz         

 

 

 

n=3                                        l=1                   ml=-1                 ms=+1/2, -1/2      

 

 

 

 

 

حال باید گفت که الکترون ها در زیر لایه ها مثلاً در زیر لایه P چگونه قرار می گیرند (در اربیتالهای pxpy  pz

 

نکته: طبق قاعده موند اربیتال های همتراز و هم انرژی یک لایه در پایدارترین وضعیت الکترون هایش به صورت موازی و هم سو در هر اربیتال یک الکترون و در صورت لزوم پس از اینکه هر اربیتال یک الکترون در آن قرار گرفت، جفت شدن الکترون ها صورت می گیرد.

 

انرژی یونش

 

آموختید که یونش به معنای خارج کردن یک الکترون از اتم و ایجاد یون است این عمل به انرژی نیاز دارد.

 

 

انرژی لازم برای خارج کردن یک مول الکتریکی از یک اتم X در حالت گازی و ایجاد یک یون یک بار مثبت در حالت گازی را انرژی نخستین یونش گویند.

 

 

 

به همین ترتیب انرژی دومین یونش، انرژی لازم برای خارج کردن یک مول الکترون از یک مول

 

 

 

یون یا بار مثبت در حالت گازی و ایجاد یک مول یون دو بار مثبت در حالت گازی.

 

 

 

 

به همین ترتیب انرژی های یونش بعد را تعریف می کنیم

 

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

 

 

پس با دادن انرژی می توان الکترونهای یک اتم را از آن جدا کرد. (با بمباران)

 

 

 

با توجه به نمودار یونش متوالی لیتیم متوجه می شویم که کندن اولین الکترون 2s1 با

 

 

 

صرف انرژی معینی جدا می شود اما دومین الکترون دشوارتر است زیرا از یک یون مثبت باید

 

 

 

الکترون را جدا کرد و چون اتم لیتیم یک لایه از دست داده (با از دست دادن لایه دوم) حال

 

 

 

این لایه اول و الکترون هایش هسته نزدیک تر شده است.

 

 

 

و بعد سومین الکترون با انرژی بیشتر جدا می شود چون باید از یون Li2+ الکترون را جدا

 

 

 

نمود. (البته کندن الکترون بتدریج مشکل می شود، پس جنبه محاسباتی دارد نه عملیاتی)

 

 

با دقت در نموداردو گروه الکترونی مشاهده می کنیم:

 

 

گروه الکترونی a: شامل یک الکترون در لایه دوم

 

 

گروه الکترونی b: شامل دو الکترون در لایه اول

 

 

 

در اتم لیتیم بین E1 و E2 رویE2 یک جهش داریم (یعنی جایی که لایه عوض می شود)انرژی متوالی یونش می باشد.

 

 

 

مثال دیگر: 5B دارای پنج

 

 

 

. دو گروه الکترونی در بورقابل تشخیص است.

 

 

2. اتم بور دارای دو لایه است.

 

 

3. دارای یک جهش بزرگ بینE3 و E4 روی E4

 

 

4. گروه الکترونی a الکترون های دور از هسته (لایه دوم)

 

 

5. گروه الکترونی b الکترون های نزدیک هسته (لایه اول)

 

 

افزایش انرژی یونش تدریجی است (به استثناء جایی که لایه عوض می شود)

 

 

 

یعنی از الکترون 3 به 4 در اتم بور که دارای پنج الکترون است یعنی یک جهش بزرگ داریم

 

 

راه های مطالعه بر روی ساختار اتم:

 

 

 

١ـروش اول : مطالعه طیف اتمی عناصر

 

 

 

 

2ـ روش دوم: مطالعه برروی انرژی یونش های متوالی یک عنصر

 

 

پس با هر دو روش توانستیم به ساختار اتم یا بهتر بگوییم ترتیب قرار گفتن الکترون ها در اطرافهسته پی ببریم

 

 

 

نکاات اضافی پایانی

 

 

 

تمام تابشهای الکترومغناطیسی خواص موجی دارند

 

 

 

 

طول موج: فاصله ی دو ماکزیمم یا دو مینیمم (یا هر دو نقطه ی مشابه و همفاز) روی دو موج متوالی را طول موج گویند.

 

 

فرکانش: تعداد موجهایی که از یک نقطه در یک ثانیه می گذرند.

 

 

هرتز: 1/sرا یک هرتز گویند.

 

 

تابش الکترومغناطیس خصلت دو گانه ذره و موج دارد.جذب و نشر آن کوانتومی است. که مقادیر معینی انرژی دارد و فوتون نیز نامیده می شود.

 

 

راه های برانگیختن اتم: قوس الکتریکی ـ جرقه الکتریکی ـ تخلیه الکتریکی ـ شعله (گرما دادن)

 

 

اگر اتم برانگیخته شود از خود نور نشر می کند.

 

 

پوزیترون: ذره بنیادی با بار مثبت e+

 

 

جهش انرژی بزرگ: در انرژی یونش تفاوت فاحش و بزرگ بین دو انرژی یونش (بین لایه های اصلی)

 

 

جهش کوچک انرژی: در بین زیر لایه یک لایه اصلی تفاوت انرژی وجود دارد. (بین زیر لایه ها)

 

 

آخرین مدل و نظریه ،مدل استاندارد ذره هاوبر هم کنش می باشد.

 

 

طبق این مدل هنوز الکترون هاذره ی بنیادی می باشد. اما پروتون ها و نوترون ها خود از ذراتی به نام کوارک تشکیل شده است.بنابراین پروتون و نوترون دیگر ذرات بنیادی نیستند.

 

ضرورت طبقه بندی عنصرها

 

 

دانشمندان با مطالعه بر روی عناصر متوجه شده بودند که با وجود تفاوت بین خواص عنصرهامشابهت فیزیکی و شیمیاییبین عناصر وجود دارد. تفاوت ها نیز از نظم و ترتیب خاصی پیروی می کند.

 

 

طبقه بندی عناصر، با توجه به تشابه برخی از عنصرها با یک دیگر، و نظم و ترتیب موجود در تغییراتخواص آنها امکان پذیر بود.

 

 

سرگذشت جدول عناصر

 

· اولین دسته بندی توسط لاوازیه صورت گرفت. لاوازیه عناصر را به دو دسته فلز و نافلز تقسیم کرد.

 

 

· دوبراینر دانشمند دیگری که عناصر در دسته های سه تایی به جدول زیر تقسیم بندی کرد.

 

 

نیوزلند براساس قانون اکتاو (گام های موسیقی) هفت عنصر را در هفت دسته هفت تایی دسته بندی کرد.در این دسته بندی خواص فیزیکی و شیمیایی در عنصر هشتم تکرار می شد.(طبق جدول زیر)

 

اولین دانشمندی که عناصر را طبقه بندی کرد مندلیف روسی بود.

 

 

مندلیف به تغییرات خواص عناصر توجه نمود. او با بیان قانون تناوبی جدول خود را عرضه کرد.

 

 

مندلیف در تنظیم جدول دو اصل را رعایت کرد.

 

 

1- اصل تشابه خواص عناصر (قرار گرفتن عناصر با خاصیت های مشابه در زیر هم در یک ستون)

 

 

2- افزایش تدریجی جرم اتمی عناصر در ردیف های کنار هم (تغییر تدریجی خواص)

 

 

 

 

مندلیف عناصر شناخته شده زمان خود را در چند ردیف (دوره ـ تناوب) براساس افزایش جرم اتمی از چپ به راست منظم نمود. به گونه ای که عناصر با خواص مشابه زیر یکدیگر در یک ستون قرار بگیرند.

 

 

این کار باعث شد خانه های خالی متعددی از عناصر که در زمان مندلیف کشف نشده بود پیش بینی شود در نتیجه قدم بزرگ در راه کشف این عناصر توسط محققین برداشته شود.

 

 

ایراد جدول مندلیف: چند مورد بی نظمی دیده می شد و آن این بود که برای رعایت اصول تشابه مجبور شد عناصر سنگین تر را قبل از عناصر سبک تر قرار دهد.

 

 

قانون تناوبی مندلیف: اگر عنصرها به ترتیب افزایش جرم اتمی در کنار هم در ردیف قرار گیرند خواص فیزیکی و شیمیاییآنها به طور تناوبی تکرار می شود.

 

 

ا موزلی با کشف عدد اتمی تعداد پروتون های هسته نشان داد که عدد اتمی معیار مناسب تری برای تنظیم عناصر در جدول تناوبی است.بر همین اساس موزلی معیار تنظیم عناصر در جدول را تغییر داد. به طور که در

 

 

جدول تناوبی امروزی عناصر بر مبنای عدد اتمی (نه جرم اتمی) تنظیم شده اند.

 

 

 

 

قانون تناوبی جدول امروزی:براساس کار موزلی ـ قانون تناوبی عناصر ـ هر گاه عناصر را براساس افزایش عدد اتمی در کنار یکدیگر قرار دهیم خواص فیزیکی و شیمیایی آنها به طور تناوبی تکرار می شود.

 

 

سه مورد بی نظمی جدول تناوبی مندلیف:

 

 

در جدول پیشنهادی مندلیف نیکل بعد از کبالت و ید نیز بعد از تلور آمده است. (لازم به ذکر است که آرگون و پتاسیم هم جزء این بی نظمی ها قرار می گیرد اما باید دانست که در زمان مندلیف هنوز گازهای نجیب کشف نشده بود.) مندلیف نه (9 ) مورد خواص و محل عنصر را پیش بینی کرد که هشت مورد آن درست بود.سه مورد آن به ترتیب اکا سیلسیم(همان ژرمانیم) ـ اکابور (همان اسکاندیم) ـ اکاآلومینیم (همان گالیم) بودند.

 

 

 

جدول تناوبی عناصر: جدول دارای 18 گروه و 7 دوره می باشد.

 

 

در دوره اول تا ششم به ترتیب

 

 

عنصر وجود دارد.

 

 

دوره هفتم که ناقص است و امروزه شامل 23 عنصر می باشد.

 

ویژگیهای عناصر

 

شماره دوره تعداد لایه ها اصلی و شماره گروه تعداد الکترون های لایه آخر یا لایه ظرفیت و شماره خانه تعداد کل الکترون ها یا پروتون ها را نشان می دهد.

 

 

جدول دارای 8 گروه اصلی (A) و 10 گروه فرعی (B) می باشد. (البته 10 گروه (ستون) به 8 گروه فرعی (B) تقسیم شده است.

 

 

از یک دیدگاه می توان عناصر جدول را به دسته های فلز و نافلز و شبه فلز و گاز نجیب تقسیم کرد.

 

 

 

فلز: عناصری که در لایه آخر (لایه ظرفیت) کمتر از سه الکترون دارند. تمایل به از دست دادن الکترون دارند. بیش از 80% عناصر جدول فلز هستند که به جزء جیوه همگی جامدند و ویژگی های مشترک زیر دارند.

 

 

 

 

1- رسانای خوب گرما و برق هستند.

 

 

2- سطح براق دارند.

 

 

3- قابلیت چکش خواری و شکل پذیری دارند.

 

 

نافلز: عناصری که در لایه ظرفیت بیشتر از چهار الکترون (پنج ـ شش ـ هفت) دارند. تمایل به گرفتن الکترون دارند. بیشتر به حالت گاز هستند (بجزء برم) و آن نافلزاتی که جامدند ویژگی های زیر را داراست.

 

 

1- رسانای خوبی برای گرما و برق نیستند.

 

 

2- سطح براق ندارند.

 

 

3- شکننده بوده و قابلیت چکش خواری و مفتول شدن ندارند.

 

 

 

گاز نجیب:

 

 

عناصری هستند که به دلیل آرایش الکترونی خاص (لایه ظرفیت آنها پر و پایدار است.) و واکنش پذیری بسیار کمی دارند.

 

 

 

 

جدول تناوبی امروزی عنصرها:

 

 

متداول ترین شکل جدول تناوبی در حال حاضر توسط شیمیدان ها مورد استفاده قرار می گیرد براساس قانون تناوبی عنصرها استوار است. بر طبق این قانون هر گاه عنصرها را براساس افزایش عدد اتمی در کنار یک دیگر قرار دهیم خواص فیزیکی و شیمیایی آن ها به صورت تناوبی تکرار می شود.

 

 

 

 

مهمترین نکته در جدول تناوبی تشابه آرایش الکترونی عنصرهای یک خانواده در بسیاری از گروه های این جدول است. بنابراین با نگاهی به این جدول تناوبی متوجه می شویم که خواص شیمیایی عنصرهای همگروه به این دلیل مشابهند که آرایش الکترونی آن ها به یکدیگر شبیه است. پس مکان خاصی را در جدول تناوبی به خود اختصاص می دهد.

 

معرفی گروههای جدول تناوبی:

 

 

گروه (فلزهای قلیایی) IA

 

 

گروه 2 (فلزهای قلیایی خاکی) IIA

 

 

گروه های 3 تا 2 (عناصر واسطه) (I-VIII)B

 

 

گروه های 13 تا 18 IIIA-VIIIA

 

 

هیدروژن خانواده تک عنصری

 

 

 

1ـ ویژگی های گروه فلزهای قلیایی: IA

 

 

همگی فلزهایی نرم و با چاقو بریده می شوند (بجزء لیتیم) و بسیار

 

 

واکنش پذیرند و به همین علت در طبیعت بصورت آزاد یافت نمی شود.

 

 

از بالا به پایین در این گروه بر شدت واکنش پذیری آنها افزوده می گردد.

 

 

سطح براق آن ها به سرعت با اکسیژن هوا وارد واکنش شده و تیره می گردد.

 

 

همگی با آب سرد واکنش نشان می دهند.

 

 

در زیر نفت نگهداری می شود تا از اکسیژن هوا و رطوبت محافظت شود.

 

 

محلول آنها در آب خاصیت قلیایی از خود نشان می دهد بنابراین می تواند چربی ها

 

 

را در خود حل کند.

 

 

فرمول اکسید فلزهای این گروه M2O می باشد.

 

Li

 

 

Na

 

 

K

 

 

Rb

 

 

Cs

 

 

Fr

 

 

 

این فلزهای فعال با آب محلول بازی (قلیایی) تولید می کند.

 

 

 

همگی آرایش الکترونی ns1 [گاز نجیب] دارند و لایه ظرفیت آن ها ns1 است و تمایل دارند الکترون لایه آخر خود از دست بدهند تا به آرایش گاز نجیب پیش از خود برسند.

 

 

 

در این گروه از بالا به پایین چگالی و شعاع اتمی و شعاع یونی افزایش

 

 

 

نقطه ذوب و جوش و انرژی نخستین یونش کاهش می یابد.

 

 

 

 

اولین جهش بزرگ انرژی این عناصر در IE2 آن ها اتفاق می افتد

 

 

 

 

 

گروه فلزهای قلیایی خاکی : IIA

 

 

 

 

a- این گروه سخت و چگال تر از گروه اول هستند و واکنش پذیری کمتری نسبت به گروه اول دارند. با این وجود در طبیعت بصورت آزاد یافت نمی شود.

 

 

b- با آب محلول قلیایی می دهد. (بجزء برلیم)

 

 

c- فرمول اکسید آن ها MO است.

 

 

d- از بالا به پایین فعالیت شیمیایی آن ها بیشتر می شود.

 

 

e- همگی آرایش الکترونی ns2[گاز نجیب] دارند و لایه ظرفیت آن ns2 است

 

 

f- و تمایل دارند که این الکترون های ظرفیتی را از دست بدهند تا به آرایش گاز نجیب برسند. (البته تمایل کمتر این عناصر برای واکنش برای این است که برای رسیدن به آرایش گاز نجیب باید دو الکترون از دست بدهد.)

 

 

Be

 

 

Mg

 

 

Ca

 

 

Sr

 

 

Ba

 

 

Ra

 

 

 

g- در این گروه از بالا به پایین چگالی و شعاع اتمی و شعاع یونی افزایش و نقطه ذوب و جوش و انرژی نخستین یونش کاهش می یابد.

 

 

 

 

h- اولین جهش بزرگ این عناصر در IE3 آن ها اتفاق می افتد.

 

 

i- واژه خاکی برای این مطلب بوده که بسیاری از ترکیب های این عناصر در آب حل نمی شوند و در خاک باقی می مانند.

 

 

 

در توضیح چگال تر بودن گروه دوم می توان گفت که جرم این فلزات بیشتر شده حجم نیز کوچک تر شده (هر چه از سمت چپ جدول به سمت راست برویم شعاع اتم کوچک تر شده در نتیجه حجم اتم کوچک تر می شود.) بنابراین چگالی زیاد می شود. در گروه اول و دوم جدول نیز هر چه از بالا به پایین بیاییم عناصر چگالتر می شوند زیرا با افزایش حجم اتم جرم اتم نیز زیاد می شود. (اما نه چندان زیاد)

 

در توضیح افزایش شعاع در هر دو گروه (همچنین در هر گروه دیگر از جدول) می توان گفت شعاع به دو دلیل زیاد می شود: 1ـ در هر گروه از بالا به پایین به ازای هر تناوب یک لایه الکترونی به تعداد لایه الکترونی افزوده می شود. پس با زیاد شدن تعداد لایه شعاع اتم زیاد می شود. 2ـ دلیل دوم با افزایش عدد اتمی در یک گروه تعداد اوربیتال های پر شده بین هسته و لایه ی الکترونی بیرونی اتم افزایش می یابد وجود الکترون ها در اوربیتال های درونی از تأثیر نیروی جاذبه ی هسته بر الکترون های موجود در لایه بیرونی می کاهند پس شعاع افزایش می یابد. به این پدیده اثر پوششی الکترون های درونی گفته می شود.

 

بار مؤثر هسته: به بار الکتریکی مثبتی که از طرف هسته بر این الکترون ها وارد می شود بار مؤثر هسته می گویند.

 

 

 

 

گروه های سوم تادوازدهم ـ عنصرهای واسطه: (1-8B)

 

 

 

1. همگی فلز معمولی هستند و در صنعت و زندگی کاربرد دارند. اما واکنش پذیری شیمیایی آن ها کمتر از گروه فلزهای اول و دوم (فلزهای فعال) است.

 

 

 

2. نسبت به فلزهای گروه اول و دوم (فلزهای فعال) چگال تر و دیر ذوب تر هستند.

 

 

 

3. آرایش الکترونی آن ها بی نظم است و در لایه ظرفیت این عناصر تعداد الکترون ها متغیر است. پس ظرفیت آن ها گوناگون است. و نمکهای این دسته رنگین است. (برخلاف گروه اول و دوم که همگی آن ها نمک های بیرنگ و سفید دارند.)

 

 

 

4. در این عناصر زیر لایه d در حال پر شدن است.

 

 

 

5. از چپ به راست روند شعاع آن ها نامنظم است.

 

 

 

6. این عناصر (عناصر گروههای B) در بین دو گروه اصلی IIA و IIIA قرار دارد.

 

 

 

 

7. به دو دسته تقسیم می شوند:

 

عناصر واسطه (خارجی) و عناصر واسطه داخلی .

 

که خود این عناصر به دو دسته لانتانیدها و اکتینیدهاتقسیم می شوند.

 

 

لانتانیدها:

 

همه فلزهایی براق هستند و واکنش پذیری قابل توجهی دارند. و شبیه به عنصر لانتان La57 می باشد. و متعلق به خانه ی 57 جدول می باشد لانتانیدها عنصرهای 57 تا 71 را تشکیل می دهند. جزء بلوک (دسته) f می باشد. و f4 آن ها در حال پر شدن است و در یک ردیف 14 تایی قرار دارند و متعلق به دوره ششم جدول می باشد. این فلزهای طبیعی کمیاب هستند.

 

 

اکتینیدها:

 

همه فلز پرتوزا (هسته ناپایدار) می باشند. و شبیه به عنصر اکتینیم Ac 89 است. و متعلق به خانه 89 می باشد. در این گروه نیز همانند گروه لانتانیدها زیر لایه f در حال پر شدن است. در این عنصرها ساختار هسته نسبت به آرایش الکترونی از اهمیت بیشتری برخوردار است. اوربیتال f5 آنها در حال پر شدن است و در یک ردیف 14 تایی در بیرون جدول قرار دارند (این دو سری چهارده تای به علت این که اوربیتال داخلی f در حال پر شدن است که مربوط به تراز انرژی داخلی تر می باشد. واسطه داخلی گفته می شود.)

 

 

عنصرهای گروه های 13 تا 18 جدول تناوبی:

 

 

این گروه ها دسته ی P جدول هستند زیرا در آنها اوربیتال های زیر لایه P در حال پر شدن است .

 

 

F

 

 

Cl

 

 

Br

 

 

I

 

 

As

 

 

 

 

در این دسته عنصرهای فلزی ـ نافلزی ـ شبه فلزی و گاز نجیب دیده می شود. دو گروه مهم در این دسته گروه 17 یا گروه هفتم اصلی یا گروه هالوژن می باشد. و گروه مهم دیگر گروه 18 یا هشتم اصلی یا گاز نجیب می باشد.

 

 

ویژگی هالوژن ها:

 

 

1- با فلزها به آسانی واکنش می دهند و نمک ها را می سازند (هالوژن در زبان لاتین به معنی نمک ساز است.)

 

 

2- نافلزترین گروه جدول است. از بالا به پایین از میزان فعالیت آنها کاسته می شود.

 

 

3- آرایش لایه آخر آن ها با گرفتن یک الکترون به آرایش گاز نجیب پس از خود

 

 

می رسند.

 

 

4- از بالا به پایین در این گروه نقطه ذوب و جوش افزایش می یابد.

 

 

5- در طبیعت به صورت آزاد یافت نمی شود (به علت واکنش پذیری زیاد) و ملکول های آن دو اتمی است.

 

 

 

 

ویژگی های گازهای نجیب یا بی اثر: گروه 18

 

 

1- لایه آخر آن ها پر است.

 

 

2- واکنش پذیری بسیبار کم این گازها نتیجه ی پایداری به خاطر

 

 

3- آرایش ویژه می باشد.

 

 

4- تک اتمی هستند. و نادر و کمیاب در طبیعت می باشند.

 

 

5- از بالا به پایین در این گروه واکنش پذیری بیشتر می شود. امروزه بی اثر بودن گازهای نجیب دیگر مطرح نیست چون از کریپتون و زنون و رادون با واکنش پذیری کم چند ترکیب ساخته اند. اما هنوز از هلیم و نئون و آرگون هیچ ترکیبی نساخته اند.

 

 

 

 

هیدروژن ـ یک خانواده تک عضوی:

 

 

1- این عنصر فراوان ترین در جهان است ولی در روی کره زمین نهمین عنصر فراوان است.

 

 

 

2- تنهاست چون به هیچ عنصری شباهت ندارد.

 

 

3- با فلزهای فعال (گروه 1 و 2) واکنش می دهد (نقش یون منفی (آنیون) می گیرد و تشکیل هیدرید می دهد مثل (NaH)

 

 

4- با نافلزها نیز واکنش می دهد (مثل HcL)

 

 

5- آرایش الکترونی لایه ظرفیت آن s1 است.

 

 

6- بیشتر پیوند کووالانس تشکیل می دهد (آب فراوان ترین ملکول از هیدروژن با پیوند کووالانس می باشد.)

 

 

7- آن را در طبیعت آزاد نمی توان یافت. اما ترکیبات فراوانی از آن مانند چربی ها و پروتئین ها و هیدرات کربن مثل قند و نشاسته را می توان یافت.

 

 

 

شعاع اتمی:

 

 

چون الکترون ها در محدوده هایی حرکت می کنند که شبیه به ابر به نظر می رسند. با این تشبیه می توان تصور کرد که تا چه اندازه اندازه گیری ابعاد اتم ها دشوار است. زیرا مرزهای یک توده ابر مانند نامشخص و متغیر است.

 

 

اندازه یک اتم به وسیله ی شعاع آن تعیین می شود.

 

 

شیمیدان ها شعاع اتم را با روش های گوناگون اندازه می گیرند.

 

 

1- نصف فاصله ی بین هسته ای دو اتم مشابه در یک ملکول دو اتمی (جور هسته با پیوند یگانه (ساده) به این کمیت اندازه گیری شده شعاع کووالانسی گویند.

 

 

 

 

برای این که طول پیوند شعاع اتمی محسوب شود بایستی پیوند ساده و اتم جور هسته باشد.

 

2- در این روش از طول پیوند به هنگامی که دو اتم (گاز نجیب) و دو ملکول مجاور را که نسبت به هم به حالت مماس قرار گرفته اند استفاده می شود. به نصف این فاصله شعاع و اندر والسی می گویند.

 

 

از روش های دیگر نیز می توان به دست آورد به طور مثال برای به دست آوردن شعاع اتمی (کووالانسی) گازهای نجیب از برون یابی از روی نمودار از منحنی شعاع به شماره گروه بدست آورد چون گازهای نجیب پیوند انجام نمی دهند معمولاً شعاع و اندر والسی در نظر می گیرند.

 

 

 

نکته: همیشه شعاع و اندروالسی از شعاع کووالانسی بزرگتر است. به دلیل تنوع در روش های اندازه گیری شعاع جدول مربوط به این مقادیر معمولاً با هم متفاوت است.

 

 

الکترونگاتیوی: میزان تمایل نسبی یک اتم برای کشیدن الکترون های یک پیوند کووالانسی به سمت هسته خود را گویند. قویترین الکترونگاتیوی جدول فلوئور (F) می باشد که عدد 4 را به آن نسبت می دهند. و ضعیف ترین الکترونگاتیو جدول (قویترین الکتروپوزتیو) نیز عنصر سزیم (Cs)است.

 

 

دو عامل در الکتونگاتیوی مؤثر است: 1ـ بار مؤثر هسته 2ـ شعاع اتمی

 

 

 

نکته: دو عامل در انرژی یونش مؤثر است: 1ـ شعاع 2ـ پایداری آرایش الکترونی

 

 

روندها و نظام های حاکم بر جدول:

 

لازم به ذکر است تمام نظام ها و قاعده ها و روندهاتقریبی است.

 

نکات:

 

 

1- در هر گروه: از بالا به پایین شعاع افزایش می یابد.

 

 

2- در هر گروه: از بالا به پایین خاصیت فلزی افزایش می یابد.

 

 

3- در هر گروه: از بالا به پایین الکترونگاتیوی کاهش می یابد.

 

 

4- در هر گروه: از بالا به پایین نافلزی کاهش می یابد.

 

 

5- در هر گروه: از بالا به پایین انرژی یونش کاهش می یابد.

 

 

6- در هر تناوب: از چپ به راست شعاع کاهش می یابد.

 

 

7- هر تناوب: از چپ به راست خاصیت فلزی کاهش می یابد.

 

 

8- در هر تناوب: از چپ به راست الکترونگاتیوی افزایش می یابد.

 

 

9- در هر تناوب: از چپ به راست نافلزی افزایش می یابد.

 

 

10- در هر تناوب: از چپ به راست انرژی یونش افزایش می یابد.

 

 

 

 

نکات: 91 عنصر در جدول در طبیعت وجود دارد.

 

 

از عنصر 92 به بعد به طور ساختگی می باشد.

 

 

 

* سر گروه سوم ـ عنصر بور موارد استفاده زیادی دارد از جمله در پزشکی به عنوان داروی ضدعفونی کننده و در صنعت در تهیه ظرف های پیرکس مورد استفاده قرار می گیرد.

 

 

 

*لیتیم سر گروه ـ گروه اول به عنوان داروی ضد افسردگی مصرف می شود.

 

 

کلسیم عنصری از گروه دوم برای تأمین کلسیم استخوان های بدن می باشد.

 

 

 

 

دو عنصر مایع جدول به ترتیب جیوه (فلز) و برم (نافلز) و حال سومین عنصر مایع با نیمه عمر کوتاه تنها از طریق برون یابی به نقطه ذوب آن می توان دست یافت.

 

 

عنصر ها یا یک حرفی یا دو حرفی یاسه حرفی هستند.

 

 

نامگذاری عناصر سه حرفی جدول را با یک مثال بیان می کنیم. عنصر 104 دو مدعی کشف در جهان دارد برای رفع این مشکل IUAC برای نامگذاری این عنصر از ریشه لاتین و یونانی استفاده کرده است.

 

 

 

 

سیستمی که آیوپاک برای نامگذاری عناصر شماره 104 و بعد از آن طرح کرده، ساده است. نام این عنصر مستقیماً از عدد اتمی آن، با استفاده از ریشه های لاتینی و یونانی مشتق می شود. این ریشه ها بر حسب ارقام عدد اتمی با پسوند ـ ایم ium که به منظور کامل کردن نام عنصر افزوده می شود ـ تنظیم می گردد. بنابراین، نام عنصر 104 اونیل کوادیم می شود که لفظ به لفظ یک , صفر, چهار معین می دهد. نماد شیمیایی عنصر در این سیستم، از حرفهای اول ریشه های ارقامی که نام آن را می سازند، تشکیل می شود.

 

Oct

 

8

 

hex

 

6

 

guad

 

4

 

bi

 

2

 

nil

 

0

 

 

Enn

 

9

 

sept

 

7

 

pent

 

5

 

tri

 

3

 

un

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1- دریک گروه با افزایش عدد اتمی شعاع اتمی افزایش می یابد. و در هر دوره با افزایش عدد اتمی

 

 

(به طور کلی و بدون در نظر گرفتن استثنائات) شعاع اتمی کاهش می یابد.

 

2-اگر نمودار شعاع اتمی بر حسب عدد اتمی مطابق نمودار مقابل را ملاحظه کنید, ماکزیمم شعاع اتمی متعلق به فلزات قلیایی و مینیمم شعاع اتمی متعلق به هالوژن ها است.

 

 

 

 

نکته: انرژی یونش گروه دوم به علت پر بودن اوربیتال s از گروه سوم و گروه پنجم به علت نیمه پر بودن اوربیتال های p آن از گروه ششم بیشتر است.

 

 

 

3-در هر گروه از بالا به پایین با افزایش شعاع اتمی الکترونگاتیوی کاهش از چپ به راست با کاهش شعاع اتمی الکترونگاتیوی افزایش می یابد به طوری که در هر دوره کمترین الکترونگاتیوی مربوط به فلز قلیایی و بیشترین الکترونگاتیوی مربوط به هالوژن است.

 

 

 

 

4. تعیین دوره و گروه عناصر:

 

 

اگر آرایش لایه طبیعت بصورت آزاد یافت نمی شود.آخر عنصری به ns1 ختم شود. متعلق به گروه اول اصلی (IA) می باشد. این گروه فقط کاتیون یک بار مثبت تولید می کند.

 

مثال:3s1 یعنی گروه اول اگر آرایش لایه آخر عنصری به ns2ختم شود. متعلق به گروه دوم اصلی (IIA)می باشد. این گروه فقط کاتیون دو بار مثبت ایجاد می کند.

 

مثال:5s2 یعنی گروه دوم اگر به ns2npx ختم شود 2+x گروه محسوب می شود.

 

مثال:ns2np3 در گروه پنجم اصلی (VIIB) می باشد.

 

 

اگر در عناصر واسطه لایه آخر به nsx(n-1)dyختم شود جمعx+y گروه مربوطه خواهد شد .

 

مثال :4s23d5گروه ((VII B) می باشد .

 

 

نکته: طبق ایوپاک شماره گروه مجموعه الکترون های تراز s+p+(n-1)d می باشد.

 

مثال: (برای عناصر دسته P)

 

 

5s25p54d10گروه 17 ایوپاک یا گروه هفت اصلی VIIA

 

 

 

 

 

5. هنگام رسم آرایش الکترونی یون ها ابتدا آرایش الکترونی اتم را در حالت خنثی رسم کنید. به اندازه بار مثبت از تعداد الکترون ها کم کنید و به اندازه بار منفی بر تعداد الکترون ها بیافزاید.توجه داشته باشید که درعناصر واسطه ابتدا nsخالی می شودو بعدd (n-1)

 

چرا اتم ها با هم پیوند انجام می دهند؟

 

 

چرا در طبیعت مواد بیشتر به صورت ترکیب یافت می شود

 

 

چرا گازهای نجیب در طبیعت به صورت اتمی وجود دارند.

 

 

این ها سؤال هایی که به دنبال پاسخ آن هستیم. حال به دنبال پاسخ خود جواب این سؤال را در ویژگی اتم ها باید یافت.

 

 

گازهای نجیب در لایه اخر (لایه ظرفیت) خود همگی دارای هشت الکترون می باشند (به جزء هلیم) یعنی لایه آخر آن ها پر و تکمیل است پس میلی به انجام واکنش ندارند اما اتم های دیگر به علت نقص درآرایش لایه آخرخود میل به انجام واکنش دارند تا لایه آخر خود را پر و تکمیل نمایند و پایدار شوند (یعنی شبیه گازهای نجیب شوند)

 

 

قاعده اکتت: عناصر تمایل دارند لایه آخر آن ها هشتایی شود. به نظر می رسد این حالت عناصر را به پایداری می رساند. فلزها و نافلزها هر کدام به روش این کار انجام می دهند فلزها با از دست دادن و نافلزها با کسب الکترون به آرایش پایدار گاز نجیب می رسند و این امکان ندارد مگر بین فلز و نافلز با رد و بدل کردن الکترون پیوند انجام دهند و این نوعی پیوند به نام پیوند یونی است. به طور مثال:

 

 

 

اما آیا تمامی اتم ها فقط به این طریق می توانند اکتت شوند و به آرایش دلخواه خود برسند؟ پاسخ منفی است پس راه های دیگری نیز وجود دارد. پس انواع مختلف پیوندهایی که اتم ها می توانند انجام دهند آن ها را می توانند به پایداری برساند. پس تشکیل پیوند راهی است برای رسیدن اتم ها به پایداری.

 

 

 

پیوند: یعنی اتصال اتم ها

 

 

دو نوع پیوند اتم ها برای رسیدن به پایداری:

 

 

1. پیوند یونی

 

 

2. پیوند کووالانسی (در فصل چهارم درباره آن صحبت خواهد شد)

 

 

 

 

پیوند یونی: هر گاه اتم فلزی الکترون از دست بدهد و اتم نافلزی الکترون بگیرد اتم فلزی به کاتیون و اتم نافلزی به آنیون تبدیل می شود چون بار این دو یون مخالف است همدیگر جذب می کنند و پیوندی به نام پیوند یونی بوجود می آید و این چنین ترکیبات را ترکیبات یونی گویند.

 

 

به طور مثال سدیم و کلر چه شرایطی برایشان پیش آید تا به آرایش گاز نجیب برسد درست است سدیم به عنوان یک فلز با از دست دادن و کلر به عنوان یک نافلز با گرفتن الکترون می توانند به آرایش مطلوب گاز نجیب برسند. پس سدیم به کاتیون و کلر به آنیون تبدیل می شود.

 

 

اگر در طبیعت جستجو کنیم این ترکیب را که همان نمک طعام می باشد به فراوانی پیدا می کنیم که از کاتیون سدیم و آنیون کلر درست شده است.

 

 

 

حال نمک طعام را به عنوان یک ترکیب یونی از لحاظ ساختار مورد بررسی قرار می دهیم.

 

 

هر گاه یک قطعه بلور نمک طعام که شبیه یک مکعب است از دست ما به زمین بیفتد تکه های مکعبی کوچکی را مشاهده می کنیم به نظر می رسد که بلور نمک طعام از تعداد بسیار زیادی مکعب کوچک درست شده است این مکعب های کوچک نیز از مکعب های کوچکتری درست شده است. (البته کوچکترین مکعب را که سلول واحد می نامند که قابل دیدن نیست.)

 

 

 

سلول واحد:کوچکترین واحد تکراری ساختار بلور را سلول واحد گویند.

 

 

البته باید دانست که ساختار بلورها به وسیله ی دستگاهی به نام پراش سنج پرتوی x و روش بلور نگاری پرتوی x نام دارد، انجام می شود بیشتر اطلاعات مربوط به ساختار بلورها به وسیله ی پراش پرتوی x به دست آمده است.

 

 

· نکته مهم: در واقع به وسیله پرتوی x، پرتو هنگام عبور از یک بلور به وسیله ی آرایش منظم اتم ها یا ملکول ها یا یون ها پراکنده می شود و الگویی از ساختار را به دست می دهد.