«طبیعت اتمی ماده»
ساختار ماده
فیلسوفان ابتدایی یونانی حدس زدند که زمین از ترکیب عناصر و مواد اولیه ای ساختـه شده است. آنها این عناصر اولیه را زمین، هوا، آب و آتش در نظر گرفتند. علم جدید نشــان داد، یونانی های باستان درست فکر کردند که ماده شامل ترکیبات عناصر اولیه است. اما این عناصر را درست معرفی نکردند.
در سال 1661 شیمیدان انگلیسی، رابرت بویل ملاک جدید تعیین عناصر را نشر کرد. او یک عنصر را ماده ای اولیه معرفی کرد که بعد از جدا کردنش از ترکیب، نمی توان آن را به مواد ساده تر تقسیم نمود ولی می توان آنرا با عناصر دیگر مخلوط کرد تا به شکل ترکیب تبدیل گردد. امروز وجود 105 عنصر تائید شده است و پژوهشگران ادعا دارند 3 عنصر اضافه نیز کشف کرده اند. از 105 عنصر تائید شده 95 تای آنها به طور طبیعی وجود دارد و 15 تای آنها ساخته دست بشرند.
فکر ابتدایی دیگری که یونانی ها آن را مطرح کردند از این قرار بود که هر ماده ای یک تکه و یا تکه تکه است یعنی، یا ماده را می توان متوالیاً تقسیم کرد و تقسیم کرد، همواره به ذرات کوچکتر و یا سرانجام ذره ای تقسیم ناپذیر پیدا خواهد شد. دموکریتوس در حدود 45 سال قبل از میلاد استدلال کرد که مواد سرانجام از مواد غیر قابل تقسیم و کوچک به نام اتم تشکیل شده اند. و او آنها را اتم نامید. او مجدد اشاره کرد که مواد مختلف از اتمهای مختلف و یا از ترکیبهای متفاوت اتمی ساخته شده اند. و یک ماده می تواند با تغییر چیده شدن اتمها به ماده ای دیگر تبدیل گردد. اثبات یا رد قطعی این پیشنهاد بیش از 2000 سال پیش غیر ممکن بود.
اثبات جدید طبیعت اتمی ماده اولین بار توسط جان دالتون مطرح گردید. دالتون اظهار داشت که هر عنصر شیمیایی از نوع خاصی از اتم تشکیل شده است. و هر مقدار از عنصر، از اتمها یکسان ساخته شده. چیزی که یک عنصر را از دیگری متمایز می کند، نوع اتمهای تشکیل دهنده آن و تفاوت اصلی فیزیکی بین انواع اتمها، وزنشان است.
ذرات زیر اتمی
پس از 100 سال از اینکه دالتون طبیعت اتمی ماده را تصدیق کرد، تقسیم ذره اتم به ذرات کوچکتر غیر ممکن در نظر گرفته می شد. در طول این مدت تمام آزمایشات بیان می کردند که اتم تقسیم ناپذیر است. سرانجام، آزمایش کردن توسط الکتریسیته و خاصیت رادیواکتیو بیان کرد که ذرات ماده کوچکتر از اتم وجود داشته. در سال 1906 تامسون بابت تصدیق وجود الکترون برنده جایزه نوبل شد. الکترونها ذراتی هستند با بار منفی و 1835/1 جرم اتم هیدروژن، به زودی پس از کشف الکترون، پروتون نیز کشف گردید. پروتونها ذرات نسبتا بزرگی هستند که وزنشان تقریبا برابر با اتم هیدروژن است. بار پروتونها مثبت و در اندازه برابر با بار الکترونها با علامت مخالف است. سومین ذره زیر اتمی تا سال 1932 کشف نشد. نوترون تقریبا از نظر وزن با پروتون و از نظر بار خنثی است.
مدل اتمی بوهر
فیزیکدان انگلیسی، ارنست رادرفورد ادعا کرد که بار مثبت در اتم در محلی در مرکز آن به نام هسته متمرکز شده است. الکترون در مدارهای حول آن وجود دارند. نیلز بوهر ادعای رادر فورد را با نظریه کوانتومی که توسط ماکس پلانک مطرح گردید جمع کرد. او پیشنهاد کرد اتم شامل هسته چگالی با پروتونهای کنار هم است که الکترونها در مداراتی با فاصله معیـــن و جدا از هم حول آن می چرخند. الکترون در هر یک از این مدارات دارای مقدار معین و منقطع از انرژی است (quantum).
وقتی الکترون از یک مدار مجاز به مدار مجاز دیگر می رود، تفاوت انرژی بین این دو لایه به صورت کوانتومی منفرد از انرژی تابشی به نام فوتون رها یا جذب می گردد.
شکل 1 مدل اتمی بوهر برای اتم هیدروژن است که نشان می دهد الکترون از لایه 3 به لایه 1 با تابش کردن فوتونی به اندازه انرژی hv جهش کرده است. ( h ثابت پلانک: 34-10×63/6 و v تعداد دفعات ارتعاش در ثانیه فوتون ) نظریه بوهر اولین نظریه ای بود که به طور موفقیت آمیز سطوح انرژی را که در آزمایشگاه اندازه گرفته شده بود، محاسبه کرد. اگر چه نظریه اتمی بوهر به طور معین برای توصیف اتم هیدروژن طراحی شد. نظریه او به طور کلی برای ساختار اتمهای دیگر نیز اعمال می گردد. اطلاعات اضافی را در مورد نظریه لایه ای الکترون ها در کتاب «کتاب دستی پایه های فیزیک» می توان یافت.
اندازه گیری واحدها در مقیاس اتمی
چون اندازه و وزن اتمها خیلی کوچک است، استفاده از واحدهای معمولی اندازه گیری اگر چه امکان دارد، اغلب غیر مناسب است. واحدهای اندازه گیری برای جرم و انرژی در مقیاس اتمی تعریف شده برای این که به بیان اندازه گیریها را راحت تر کند. واحد اندازه گیری جرم amu است (g)24-10×66/1=amu دلیل انتخاب این مقدار ویژه برای 1 amu در فصل بعد بحث خواهد شد. به جداول یک توجه کنید که جرم 1 پروتون و یک نوترون تقریبا amu 1 است. واحد انرژی ( در این مقیاس ) الکترون ولت است ( ev ). یک الکترون ولت مقدار انرژی به دست آمده از سقوط یک الکترون ( از پتانسیل کمتر به بیشتر ) بین دو نقطه با اختلاف پتانسیل الکتریکی 1 ولت است. یک الکترون ولت معادل 19-10×602/1 ژول و 19-10×8/1 foot-pound است.
اشکال متفاوت اتمی
تعداد پروتونهای موجود در هسته اتم، عدد اتمی آن اتم نامیده می شود و آن با نماد Z داده می شود تعداد الکترونها در یک اتم خنثی از نظر الکتریکی، برابر تعداد پروتونها است. تعداد نوترونها در هسته اتم، عدد نوترونی آن است و با نماد N داده می شود. عدد جرمی هسته، مجموع تعداد هستک های آن است ( پروتونها و نوترونهای هسته ). عدد جرمی با نماد A داده می شود و می توان آنرا از معادله Z+N=A به دست آورد. چون اتمهای مختلف دارای تعداد متــفاوت پروتون اند، هر عنصر شیمیایی دارای عدد اتمی یکتاست. عدد اتمی یک اتم، عنصر ویژه ای را معرفی می کند.
امیدوارم این مطلب کوتاه کمک اندکی به شما دوست عزیز کرده باشه، با نظرت به ما انرژی مثبت بده 🙂
همچنین ببینید 
نوشته شده در 10 خرداد 1400