X
تبلیغات
تحقیق - اتم
 
تحقیق
 
 
تحقیق
 

اتم

یک اتم ، کوچکترین جزء اصلی غیر قابل تقلیل یک سیستم شیمیایی می‌باشد.

ریشه لغوی

این کلمه ، از کلمه یونانی atomos ، غیر قابل تقسیم ، که از a- ، بمعنی غیر و tomos، بمعنی برش ، ساخته شده است. معمولا به معنای اتم‌های شیمیایی یعنی اساسی‌ترین اجزاء مولکول‌ها و مواد ساده می‌باشد.

تاریخچه شناسایی اتم

مواد متنوعی که روزانه در آزمایش و تجربه با آن روبه رو هستیم، متشکل از اتم‌های گسسته است. وجود چنین ذراتی برای اولین بار توسط فیلسوفان یونانی مانند دموکریتوس (Democritus) ، لئوسیپوس (Leucippus) و اپیکورینز (Epicureanism) ولی بدون ارائه یک راه حل واقعی برای اثبات آن ، پیشنهاد شد. سپس این مفهوم مسکوت ماند تا زمانیکه در قرن 18 راجر بسکوویچ (Rudjer Boscovich) آنرا احیاء نمود و بعد از آن توسط جان دالتون (John Dalton) در شیمی بکار برده شد.راجر بوسویچ نظریه خود را بر مبنای مکانیک نیوتنی قرارداد و آنرا در سال 1758 تحت عنوان:Theoria philosophiae naturalis redacta ad unicam legem virium in natura existentium چاپ نمود.

براساس نظریه بوسویچ ، اتمها نقاط بی‌اسکلتی هستند که بسته به فاصله آنها از یکدیگر ، نیروهای جذب کننده و دفع کننده بر یکدیگر وارد می‌کنند. جان دالتون از نظریه اتمی برای توضیح چگونگی ترکیب گازها در نسبتهای ساده ، استفاده نمود. در اثر تلاش آمندو آواگادرو (Amendo Avogadro) در قرن 19، دانشمندان توانستند تفاوت میان اتم‌ها و مولکول‌ها را درک نمایند. در عصر مدرن ، اتم‌ها ، بصورت تجربی مشاهده شدند.

اندازه اتم

اتم‌ها ، از طرق ساده ، قابل تفکیک نیستند، اما باور امروزه بر این است که اتم از ذرات کوچکتری تشکیل شده است. قطر یک اتم ، معمولا میان 10pm تا 100pm متفاوت است.

ذرات درونی اتم

در آزمایش‌ها مشخص گردید که اتم‌ها نیز خود از ذرات کوچکتری ساخته شده‌اند. در مرکز یک هسته کوچک مرکزی مثبت متشکل از ذرات هسته‌ای ( پروتون‌ها و نوترون‌ها ) و بقیه اتم فقط از پوسته‌های متموج الکترون تشکیل شده است. معمولا اتم‌های با تعداد مساوی الکترون و پروتون ، از نظر الکتریکی خنثی هستند.

طبقه‌بندی اتم‌ها

اتم‌ها عموما برحسب عدد اتمی که متناسب با تعداد پروتون‌های آن اتم می‌باشد، طبقه‌بندی می‌شوند. برای مثال ، اتم های کربن اتم‌هایی هستند که دارای شش پروتون می‌باشند. تمام اتم‌های با عدد اتمی مشابه ، دارای خصوصیات فیزیکی متنوع یکسان بوده و واکنش شیمیایی یکسان از خود نشان می‌دهند. انواع گوناگون اتم‌ها در جدول تناوبی لیست شده‌اند.اتم‌های دارای عدد اتمی یکسان اما با جرم اتمی متفاوت (بعلت تعداد متفاوت نوترون‌های آنها) ، ایزوتوپ نامیده می‌شوند.

ساده‌ترین اتم

ساده‌ترین اتم ، اتم هیدروژن است که عدد اتمی یک دارد و دارای یک پروتون و یک الکترون می‌باشد. این اتم در بررسی موضوعات علمی ، خصوصا در اوایل شکل‌گیری نظریه کوانتوم ، بسیار مورد علاقه بوده است.

واکنش شیمیایی اتم‌ها

واکنش شیمیایی اتم‌ها بطور عمده‌ای وابسته به اثرات متقابل میان الکترون‌های آن می‌باشد. خصوصا الکترون‌هایی که در خارجی‌ترین لایه اتمی قرار دارند، به نام الکترون‌های ظرفیتی ، بیشترین اثر را در واکنش‌های شیمیایی نشان می‌دهند. الکترون‌های مرکزی (یعنی آنهایی که در لایه خارجی نیستند) نیز موثر می‌باشند، ولی بعلت وجود بار مثبت هسته اتمی ، نقش ثانوی دارند.

پیوند میان اتم‌ها

اتم‌ها تمایل زیادی به تکمیل لایه الکترونی خارجی خود و (یا تخلیه کامل آن) دارند. لایه خارجی هیدروژن و هلیم جای دو الکترون و در همه اتمهای دیگر طرفیت هشت الکترون را دارند. این عمل با استفاده مشترک از الکترونهای اتم‌های مجاور و یا با جدا کردن کامل الکترون‌ها از اتمهای دیگر فراهم می‌شود. هنگامیکه الکترونها در مشارکت اتمها قرار می گیرند، یک پیوند کووالانسی میان دو اتم تشکیل می‌گردد. پیوندهای کووالانسی قویترین نوع پیوندهای اتمی می‌باشند.

یون

هنگامیکه بوسیله اتم ، یک یا چند الکترون از یک اتم دیگر جدا می‌گردد، یون‌ها ایجاد می‌شوند. یون‌ها اتم‌هایی هستند که بعلت عدم تساوی تعداد پروتو ن‌ها و الکترون‌ها ، دارای بار الکتریکی ویژه می‌شوند. یون‌هایی که الکترون‌ها را برمی‌دارند، آنیون (anion) نامیده شده و بار منفی دارند. اتمی که الکترون‌ها را از دست می‌دهد کاتیون (cation) نامیده شده و بار مثبت دارد.

 

 

پیوند یونی

کاتیون‌ها و آنیون‌ها بعلت نیروی کولمبیک (coulombic) میان بارهای مثبت و منفی ، یکدیگر را جذب می‌نمایند. این جذب پیوند یونی نامیده می‌شود و از پیوند کووالانسی ضعیفتر است.

مرز مابین انواع پیوندها

همانطور که بیان گردید، پیوند کوالانسی در حالتی ایجاد میشود که در آن الکترون‌ها بطور یکسان میان اتمها به اشتراک گذارده می‌شوند، درحالیکه پیوند یونی در حالی ایجاد می‌گردد که الکترون‌ها کاملا در انحصار آنیون قرار می‌گیرند. بجز در موارد محدودی از حالتهای خیلی نادر ، هیچکدام از این توصیف‌ها کاملا دقیق نیست. در بیشتر موارد پیوندهای کووالانسی ، الکترون‌ها بطور نامساوی به اشتراک گذارده میشوند، بطوریکه زمان بیشتری را صرف گردش بدور اتم‌های با بار الکتریکی منفی‌تر می‌کنند که منجر به ایجاد پیوند کووالانسی با بعضی از خواص یونی می‌گردد.

بطور مشابهی ، در پیوندهای یونی ، الکترون‌ها اغلب در مقاطع کوچکی از زمان بدور اتم با بار الکتریکی مثبت‌تر می‌چرخند که باعث ایجاد بعضی از خواص کووالانسی در پیوند یونی می‌گردد.

فشار

دید کلی :

آیا میدانید پاشنه نوک تیز کفش به کف اتاق آسیب میرساند ؟

آیا میدانید چرا کفش اسکی در برف سر نمیخورد ؟

آیا تا به حال با کفش ورزشی میخ دار روی برف راه رفته اید ؟

آیا تابه حال از خود پرسیدهاید که چرا جاقو دست را میبرد ؟

چرا کفش معمولی به زمین آسیب نمیرساند ؟

اینها همه پدیدههایی هستند که مفهوم فشار در آنها نهفته است وبه نوعی آن را بیان میکنند.

تعریف فشار:

فشار عبارتست از نیروی وارده بر واحد سطح که با علامت اختصاری p نشان میدهند. این کمیت در گازها نقش عمده را ایفا میکند زیرا یکی از کمیات مشخصه گاز میباشد، از این رو بیشتر قوانین فشار در گازها نهفته شده و به دست آوردن معادله حالت گاز به کار برده میشود.

مفهوم فشار:

اثر نیرو بر روی یک سطح بستگی دارد که نیرو چگونه اعمال شود. شخصی که کفش ورزشی میخ دار پوشیده. میخ کفشهایش در زمین فرو میرود در صورتیکه کفش معمولی بر زمین آسیب نمیرساند. نکته قابل توجه این است که در هر دو مورد نیرویی که بر سطح وارد میشود یکسان بوده و همان نیروی وزن اوست. اختلاف میان این دو حالت در این است که کفش ورزشی نیرو را بر سطح کوچکی وارد میکند.

میخ کفشها مقدار نیروی کل را تغییر نمیدهد ، بلکه نیرو بر واحد سطح را به شدت افزایش میدهد. که کمیت نیروی وارد بر واحد سطح نیز فشار نام دارد. به زبان ریاضی فشار بصورت زیر بیان میشود:

P=F/A که در آن P فشار ، F نیرو و A سطح مقطع اثر نیرو میباشد.

اسکیبازان موقع اسکی کفش اسکی میپوشند زیرا دارای سطح مقطع بزرگتری است و فشار وارد بر سطح را کاهش میدهد.

چاقو به خاطر سطح مقطع بسیار کوچک تماس با اجسام (مثلا دست) در اثر اعمال مقدار نیروی هر چند ناچیز ، نیروی واحد سطح (فشار) بزرگتری را ایجاد کرده و سبب برش اجسام میشود.

یکای فشار:

فشاربا یکاهای مختلفی بیان میشود. یکای استاندارد ما در دستگاه SI پاسکال میباشد که برابر(1Pa=1N/m2) میباشد. یک پاسکال برابر مقدار یک نیوتن نیروست که بر یک متر مربع سطح جسمی وارد میگردد. بهترین یکایی که میتواند مرجعی برای سایر یکاها به کار برده شود اتمسفر یا جو (Atmospher ) است که به صورت فشار متوسط هوا در سطح دریا تعریف میشود.

چون پاسکال یکای کوچکی برای فشار است معمولا از کیلو پاسکال(kpa) که برابر 1000 پاسکال است، استفاده میکنند. هر جو تقریبا برابر 100 kpa است. هواشناسان ازواحد میلی بار استفاده میکنند که برابر یک دهم پاسکال است. از سایر واحدهای فشار میتوان دین بر سانتیمتر مربع (dyn/cm2) یا torr را نام برد.

چون در اندازه گیری فشار در لوله U شکل از طول سنجی مایع جیوه به فشار سنجی پی می برند، واحد سانتیمتر جیوه (cmHg) نیز برای کمیت فشار به غلط مرسوم شده است.

نحوه اندازه گیری فشار:

فشار را به کمک دستگاههای فشار سنج اندازه میگیرند عمدهترین فشار سنجها که بر حسب مکانیزم کارشناسان نام گذاری شده است عبارتند از:

فشارسنج لوله U شکل

فشار سنج مکلئود

فشار سنج جیوهای

فشار سنج ترموکوپل

فشارسنج صوتی

فشار سنج خازنی

فشارسنج گازایدهآل

ساده ترین و معروترین آنها فشار سنج لوله U شکل است که در آن مقداری جیوه در لوله U شکل ریخته شده و میزان اختلاف فشار محیط (هواکه برابر p0 است) و ماده د اخل فشارسنج که بر مایع جیوه فشار وارد میکند ازطریق اختلاف ارتفاع ستون مایع جیوه اندازه گیری میشود. بنابراین از این طریق فشار واقعی را میتوانیم به دست آوریم:
« P=P0+ρg(h-h0) در رابطه اخیر P فشار و ρ چگالی ماده و P0 فشار اتمسفر ، h0 ارتفاع ستون مایع در فشار اتمسفر ، g شتاب جاذبه وh ارتفاع ستون مایع در فشار ماده میباشد.

مولکول

مولکول ، دسته‌ای از اتمهاست که با پیوندهای شیمیایی در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند. مولکول‌های یک عنصر ، یکسان و فقط حاوی اتمهای از یک نوع هستند. مثلا مولکول‌های گاز اکسیژن‌ از دو اتم اکسیژن تشکیل شده‌اند. مولکولهای یک ترکیب نیز یکسانند. اما در این مورد ، هر مولکول حاوی بیش از یک اتم است. مثلا در آب ، هر مولکول از دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن تشکیل شده است.

همه گازها ، اکثر مایعات و بسیاری از جامدات غیر فلزی از مولکول تشکیل شده است.

اندازه هر مولکول

اندازه مولکول‌ها از حدود یک ده میلیونیم میلیمتر تا یک هزارم میلیمتر متغیر است. ساده‌ترین انواع مولکول‌ها فقط دو یا سه اتم دارند. مثلا گاز هیدروژن از مولکولهایی تشکیل شده است که فقط دو اتم هیدروژن دارند. مولکولهای بزرگتر از انواع مختلفی از اتمها تشکیل می‌شوند که به صورت ساختار پیچیده‌ای در کنار هم قرار گرفته‌اند. مثلا یک مولکول گلوکز در مجموع ، 24 اتم کربن ، هیدروژن و اکسیژن است.

اما بزرگترین مولکول‌ها در واقع از تعداد زیادی مولکول‌های کوچکتر تشکیل می‌شوند که به صورت الگویی تکرار شونده در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند. این مولکول‌ها ، درشت مولکول خوانده می‌شوند. به عنوان مثال ، درشت مولکول پلی اتیلن از درشت مولکولهایی تشکیل می‌شود که هر یک از آنها می‌تواند تا 50000 اتم داشته باشد.

مولکول آب

قطره ای آب اختیار کنید و قطر آن را اندازه بگیرید. این فاصله را بر صد و بعد بر هزار و باز هم بر هزار تقسیم کنید. آنچه بدست می‌آید، طول تقریبی یک مولکول آب است. همانطور که برای ساختن خانه ، باید تعداد بسیاری زیادی آجر فراهم آوریم، برای تشکیل یک قطره آب نیز به چیزی در حدود یک میلیون میلیون میلیون مولکول آب نیاز داریم.

ساختمان مولکول آب 

شکل مولکول آب

مولکول آب ، به ظاهر مانند هلویی است که دو زرد آلو در دو کنار قرار گرفته باشند و هلو که در وسط جای دارد، اتم اکسیژن است و زرد آلوهایی در دو طرف آن ، اتم هیدروژن هستند. رابطه ظریفی به نام پیوند ، اکسیژن را به هر دو اتم هیدروژن متصل می‌کند. اگر اتمها را با دایره نشلان دهیم، پیوند بین آنها را به وسیله خطهایی مشخص می‌کنیم که مراکز این دایره‌ها را بهم وصل می‌کند.

گاهی ، شکل تقریبی اتم‌ها ، یعنی دایره‌ها را رسم نمی‌کنند و فقط مراکز آنها را با خط به یکدیگر مربوط می‌سازند. دو یا سه خط موازی بین مراکز ، نشان دهنده وجود دو یا سه پیوند است. شیمیدانان به این طریق مولکولها را رسم می‌کنند.

رقص مولکول‌ها

مولکولی را از قطره آب جدا کنید، شاید یکی را که به هوا بخار می‌شود، به چنگ بیاورید. مولکول ، مانند فرفره با سرعت خیره کننده ای به دور خود می‌چرخد. سرعت دوران آن به حدی است که تنها در یک ثانیه ، یک میلیون میلیارد بار می‌چرخد. فرفره مولکول برخلاف فرفره معمولی ، در سه جهت مختلف دوران می‌کند. در حالی که مولکول با سرعت می‌چرخد، اتمهای آن بی‌قرار می‌رقصند.

اگر چه رقص اتمها هزار بار از گردش مولکولها آهسته‌تر است، ولی باز هم خیلی سریع است. همین که کمی بین این اتمها فاصله بیافتد، دوباره به سوی هم می‌آیند، احوال پرسی مختصری می‌کنند و باز از هم جدا می‌شوند. پیوندهای بین اکسیژن و اتمهای هیدروژن مانند فنر باز و بسته می‌شود و زاویه بین آنها مدام تنگ و گشاد می‌گردد. به این ترتیب ، مولکول همواره در پیچ و خم است، پیچ خمهایی که موزون‌اند. سه اتم به هم متصل‌اند و حرکات آنها به طرز شگفت انگیزی هماهنگ است.

رقص اتمها سه حرکت مختلف دارد: در یکی ، دو پیوند هماهنگ با هم کشیده می‌شود، در حرکت دو خم ، یک پیوند کشیده و پیوند دیگر جمع می‌شود و در سومین حرکت ، مولکول به حالت پاباز در می‌آید.

پازل مولکولی

اتم کربن ، یکی از سودمندترین اتم‌ها برای ساختن مولکول است. این اتم ، با ایجاد چهار پیوند محکم می‌تواند به چهار اتم دیگر ملحق شود. به این ترتیب ، طبیعت ، این امکان را به ما می‌دهد که با مولکولهای ساختمانی کربن ، ساختاری سه‌بعدی بسازیم. مولکولهای اجسام آلی ، مانند مولکول‌های اعضای بدن ما ، گیاهان سبز و نفت خام ، همگی از چارچوبهای محتوی اتم‌های کربن بوجود آمده‌اند.

ساده‌ترین عضو این خانواده از مولکول‌های آلی ، دارای یک اتم کربن است که چهار اتم هیدروژن به آن متصل شده است. این مولکول به شکل زنجیر و یا ساختارهای پیچیده تری از قبیل هرم و مکعب باشند. اتم بور ، بیش از کربن می‌تواند دور و بر خود را شلوغ کند. به این دلیل ، کارآیی بیشتری دارد. این اتم می تواند ساختارهایی با پیچیدگی حیرت آور تشکیل دهد. مثلا مولکول پاراکربوران ، ده اتم بور و دو اتم کربن دارد و به شکل بیست وجهی است. بیست وجهی ، شکل فضایی است با دوازده گوشه.

بوی مولکولها

مولکول بنزن ، شش ضلعی کاملی از اتم‌های کربن است. هر اتم کربن ، با یک اتم هیدروژن و از دو طرف با اتمهای کربن پیوند دارد. با استفاده از این واحدهای شش ضلعی می‌توان خانواده کاملی از مولکول‌ها به نام آروماتیک ساخت. این ترکیبات ، علاوه بر خواص جالبی از قبیل پایداری زیاد ، بوهای تند و مشخصی نیز دارند که از عطر رازیانه گرفته تا بوی تند نفتالین و قیر تغییر می‌کنند.

خیلی از مولکولها بوی مخصوصی دارند. تنها تبدیل یک اتم در مولکول ممکن است موجب تغییر کامل بوی آن شود. مثلا مولکول سولفید هیدروژن گویی با مولکول آب ، دوقلو است، ولی بوی بد تخم مرغ گندیده از آن به مشام می‌رسد. خوشبختانه ، اکثر مواد ، بوی خوش دارند. به عنوان مثال ، مولکول استات آمین ، همچنان که می‌توان از برخی از لاکهای ناخن تشخیص داد، بوی گلابی دارد. علت وجود بوی مشخص مولکول‌ها ، هنوز کشف نشده است. ولی این بو ، به چگونگی تماس مولکول با سلولهای بینی ارتباط دارد.

 

 |+| نوشته شده در  دوشنبه بیست و چهارم فروردین 1388ساعت 16:35  توسط رضا  | 
 
  بالا