تاریخچه ی:
قوانین عبور و مرور اتم
تفاوت با نگارش: 5
| | + |
|
| | + |
| | + | {img src=img/daneshnameh_up/a/a0/saniatom.gif} |
| | + | | |
| | !دید کلی | | !دید کلی |
| - | ((بوهر|نیلز بوهر)) ، به کمک شواهد تجربی ((رادرفورد)) و ((نظریه پلانک|نظریه کوانتومی)) ، قوانین حاکم بر حرکت ((الکترون))ها در اطراف ((هسته)) را یافت. ((اتم هیدروژن)) ساده ترین اتم‌هاست که در هسته آن فقط یک بار مثبت وجود دارد و یک الکترون با بار منفی آن را دور می زند. الکترون اتم هیدروژن می تواند در یکی از مدارهای محتمل حرکت کند، اما مجاز بودن مدار بر اساس قوانین ((مکانیک کوانتومی)) تعیین می شود.
پایدارترین ((مدار الکترونی|مدار مجاز)) ، مداری است که انرژی آن کمترین مقدار باشد. در این حالت فاصله مسیر حرکت الکترون از هسته مدار ، تقریبا یک آنگسترم (معادل یک صد میلیونیم سانتیمتر ) است. در این مدار مجاز ، مقدار ((اندازه حرکت زاویه ای)) صفر است. در سطح انرژی بالاتر بعدی ، چهار مدار مجاز وجود دارد، که الکترون ممکن است یکی از این چهار مدار را اختیار کند. در مدارهای انرژی باز هم بالاتر ، تعداد مسیرها تغییر می کنند.
!((مدار الکترونی|مدار حرکت الکترون))
الکترون علاوه بر گردش در اطراف هسته ، مانند زمین ، حول محور خود نیز می چرخد. ((چرخش الکترون)) در یکی از جهتهای چپ و راست صورت می گیرد. این موضوع تعداد حرکتهای مجاز یا نوع مدارها را دو برابر می کند، چون ممکن است ((الکترون)) در هر مدار مفروض به یکی از جهتها بچرخد. بنابراین می توان گفت، همانگونه در یک شهر برای تردد وسایل نقلیه قوانین خاصی وجود دارد، در دنیای اتم نیز قوانین ویژه ای وجود دارد که حرکت ذرات اتمی تابع این قوانین است.
!((اصل طرد پائولی))
در اتمی سنگین‌تر از هیدروژن ، یعنی اتمی دارای بیش از یک الکترون ، حرکت الکترونها بسیار پیچیده تر است. درست همان طور که مدار گردش زمین به دور خورشید تحت تاثیر ((گرانش)) سایر سیارات از حالت بیضی خارج می شود، حرکت هر الکترون حول هسته اتم سنگین از سایر الکترونها نیز متاثر می شود. اما بنابر اصل طرد پایولی ، هیچ دو الکترونی با اندازه مساوی و جهت ((اندازه حرکت زاویه ای)) یکسان و ((اسپین|اسپین‌های)) هم جهت ، نمی توانند در مدارهای واحدی وجود داشته باشند. به بیان دیگر هر الکترون در هر مدار مجاز انرژی دارای چهار مشخصه است که به هر یک از این مشخصه‌ها ((اعداد کوانتومی)) نسبت داده می شود. این اعداد عبارتند از:
*((اعداد کوانتومی|عدد کوانتومی اصلی))(n)
*((اعداد کوانتومی|عدد کوانتومی مداری))(D)
*((اعداد کوانتومی|عدد کوانتومی اسپینی)) (m)
*((اعداد کوانتومی|عدد کوانتومی مغناطیسی)) (ml).
اصل پائولی بیان می کند که هیچ دو الکترون نمی توانند دارای چهار عدد کوانتومی یکسان باشند. این اصل نقش فوق‌العاده مهمی را در ((ساختار اتم|ساختار اتمها)) ایفا می کند. غنای بیش از حد در تنوع ((خواص شیمیایی عناصر)) گوناگون از این واقعیت سرچشمه می گیرد که فقط تعداد محدودی الکترون می توانند هر حالت ویژه انرژی مفروضی را اشغال کنند. |
+ | "__((نیلز بوهر|نیلز بوهر))__" ، به کمک شواهد تجربی ((رادرفورد)) و نظریه کوانتومی ، قوانین حاکم بر حرکت ((الکترون|الکترونها)) در اطراف ((هسته)) را یافت. اتم ((هیدروژن)) ، ساده ترین اتم‌هاست که در هسته آن ، فقط یک بار مثبت وجود دارد و یک الکترون با بار منفی آن را دور می‌زند. الکترون اتم هیدروژن ، می‌تواند در یکی از مدارهای محتمل حرکت کند، اما مجاز بودن مدار بر اساس __قوانین مکانیک کوانتومی__ تعیین می‌شود.
پایدارترین مدار مجاز ، مداری است که انرژی آن کمترین مقدار باشد. در این حالت فاصله مسیر حرکت الکترون از هسته مدار ، تقریبا" یک آنگسترم (معادل یک صد میلیونیم سانتیمتر ) است. در این مدار مجاز ، مقدار اندازه حرکت زاویه‌ای ، صفر است. در سطح انرژی بالاتر بعدی ، چهار مدار مجاز وجود دارد که الکترون ممکن است یکی از این چهار مدار را اختیار کند. در مدارهای انرژی باز هم بالاتر ، تعداد مسیرها تغییر می‌کنند.
!مدار حرکت الکترون
الکترون علاوه بر گردش در اطراف هسته ، مانند زمین ، حول محور خود نیز می‌چرخد. چرخش الکترون در یکی از جهتهای چپ و راست صورت می‌گیرد. این موضوع تعداد حرکتهای مجاز یا نوع مدارها را دو برابر می‌کند، چون ممکن است الکترون در هر مدار مفروض به یکی از جهتها بچرخد. بنابراین می‌توان گفت، همانگونه که در یک شهر برای تردد وسایل نقلیه قوانین خاصی وجود دارد، در دنیای اتم نیز قوانین ویژه ای وجود دارد که حرکت ذرات اتمی تابع این قوانین است.
{img src=img/daneshnameh_up/2/2b/atom3.gif}
!اصل طرد پائولی
در اتمی سنگین‌تر از هیدروژن ، یعنی اتمی دارای بیش از یک الکترون ، حرکت الکترونها بسیار پیچیده‌تر است. درست همان طور که مدار گردش زمین به دور خورشید ، تحت تاثیر گرانش سایر سیارات از حالت بیضی خارج می‌شود، حرکت هر الکترون حول هسته اتم سنگین از سایر الکترونها نیز متاثر می‌شود. اما بنابر اصل طرد پاولی ، هیچ دو الکترونی با اندازه مساوی و جهت اندازه حرکت زاویه ای یکسان و اسپین‌های هم‌جهت ، نمی‌توانند در مدارهای واحدی وجود داشته باشند. به بیان دیگر هر الکترون در هر مدار مجاز انرژی دارای چهار مشخصه است که به هر یک از این مشخصه‌ها ، اعداد کوانتومی نسبت داده می‌شود. این اعداد عبارتند از:
*((اعداد کوانتومی|عدد کوانتومی اصلی))(~~green:n~~)
*((اعداد کوانتومی|عدد کوانتومی مداری))(~~green:D~~)
*((اعداد کوانتومی|عدد کوانتومی اسپینی)) (~~green:m~~)
*((اعداد کوانتومی|عدد کوانتومی مغناطیسی)) (~~green:ml~~).
__اصل پائول__ بیان می‌کند که هیچ دو الکترون نمی‌توانند دارای چهار عدد کوانتومی یکسان باشند. این اصل ، نقش فوق‌العاده مهمی را در ساختار اتمها ایفا می‌کند. غنای بیش از حد در تنوع خواص شیمیایی عناصر گوناگون ، از این واقعیت سرچشمه می‌گیرد که فقط تعداد محدودی الکترون می‌توانند هر حالت ویژه انرژی مفروضی را اشغال کنند. |
| | !مدل کودکستان | | !مدل کودکستان |
| - | ((اتم بوهر و رادرفورد|نظریه اتمی بور ـ رادرفورد)) در سال 1913 «مدل کودکستان» عالمهای صغیر را مطرح کرد. بنابراین مدل ساده ، اتم یک خورشید هسته ای با منظومه سیاره ای الکترونهاست. این مدل به ایده اتمهای نامرئی سازمان بخشید و به شیمیدانها کمک کرد که چگونه ارتباط اتمها را در مولکولها توضیح دهند. اگر ((مدل کوانتومی اتم|نظریه کوانتومی)) به مدل مفهوم می بخشد، این مدل هم به نظریه کوانتومی معنا می دهد.
به عنوان مثال ، تک الکترون ((اتم هیدروژن)) تنها و نا آرام است. هیدروژن ه راحتی الکترونهای خود را از دست می دهد و به یون مثبت ، یا ((پروتون)) تبدیل می شود. این یون مثبت بسیار واکنش پذیر است و به سهولت در ((ترکیب شیمیایی)) با سایر عناصر وارد می شود. بر عکس ، اتم هلیم قویا پایدار است. هسته آن دارای دوبار مثبت است که دو الکترون مداری را در ارتباط با خود محکم نگه می دارد. لذا ، مشاهده نشده است که ((هلیوم)) از لحاظ شیمیایی واکنش نشان دهد یا ترکیب شود.
!((هسته‌های جادویی|اعداد جادویی ))
بطور کلی ، خاصیت مشاهده شده در هلیم در مورد سایر گازهای به اصطلاح نجیب ، یعنی ((نئون)) ، ((آرگون)) ، ((کریپتون)) و ((گزنون)) صدق می کند. هر یک از این گازها با منظومه بسیار درهم بافته‌ای از الکترونها تقویت شده و به وسیله هیچ یک از آنها به آسانی جدا نمی شوند، یا معمولا به عناصر دیگر نمی پیوندند. در واقع ، پایداری این پنج گاز استثنایی است که ((عدد اتمی|اعداد اتمی)) آنها ، یعنی 2 ، 10 ، 18 ، 36 ، 54 به عنوان اعداد جادویی ((جدول تناوبی)) معروف هستند. هنگامی که در سالهای 1960 ترکیب موفقیت آمیز ((فلوریدها)) و سایر ترکیبات با گزنون و کریپتون اعلام شد، شگفتی عظیمی بر جامعه علمی سایه انداخت. |
+ | __نظریه اتمی بور ـ رادرفورد__ در سال 1913 __~~green:مدل کودکستان عالمهای صغیر~~__ را مطرح کرد. بنابراین مدل ساده ، اتم یک خورشید هسته‌ای با منظومه سیاره‌ای الکترونهاست. این مدل ، به ایده اتمهای نامرئی سازمان بخشید و به شیمیدانها کمک کرد که چگونه ارتباط ((اتم|اتمها)) را در ((مولکول|مولکولها)) توضیح دهند. اگر __نظریه کوانتومی__ به مدل مفهوم می‌بخشد، این مدل هم به نظریه کوانتومی معنا می‌دهد.
به عنوان مثال ، تک الکترون اتم هیدروژن ، تنها و نا آرام است. هیدروژن براحتی الکترونهای خود را از دست می‌دهد و به یون مثبت یا پروتون تبدیل می‌شود. این یون مثبت ، بسیار واکنش‌پذیر است و به سهولت در ((ترکیب شیمیایی)) با سایر عناصر وارد می‌شود. بر عکس ، اتم هلیم قویا پایدار است. هسته آن ، دارای دوبار مثبت است که دو الکترون مداری را در ارتباط با خود محکم نگه می‌دارد. لذا ، مشاهده نشده است که ((هلیوم)) از لحاظ شیمیایی واکنش نشان دهد یا ترکیب شود. />
{img src=img/daneshnameh_up/6/65/atom.gif}
!اعداد جادویی
بطور کلی ، خاصیت مشاهده شده در هلیوم ، در مورد سایر گازهای به اصطلاح نجیب ، یعنی ((نئون)) ، ((آرگون)) ، ((کریپتون)) و ((گزنون)) صدق می‌کند. هر یک از این گازها با منظومه بسیار درهم بافته‌ای از الکترونها ، تقویت شده و بوسیله هیچ یک از آنها به آسانی جدا نمی‌شوند، یا معمولا به عناصر دیگر نمی‌پیوندند. در واقع ، پایداری این پنج گاز ، استثنایی است که ((عدد اتمی|اعداد اتمی)) آنها ، یعنی 2 ، 10 ، 18 ، 36 ، 54 به عنوان اعداد جادویی ((جدول تناوبی)) معروف هستند.
هنگامی که در سالهای 1960 ، ترکیب موفقیت آمیز ((فلوئور|فلوریدها)) و سایر ترکیبات با گزنون و کریپتون اعلام شد، شگفتی عظیمی بر جامعه علمی سایه انداخت. |
| | !سخن آخر | | !سخن آخر |
| - | شیمیدانان به کمک تصویر ((ساختار الکترونی اتم)) ، توانستند عناصر را به صورت خانواده ، گروه بندی و رفتار شیمیایی آنها را پیش بینی کنند. اما فیزیکدانان در آن هنگام فکر می کردند که این مسئله‌ای سطحی یا تردستی با اعداد است. ((لرد ریلی)) فیزیکدان بریتانیایی ((برندگان جایزه نوبل فیزیک|برنده جایزه نوبل)) ، می گفت: «من موضوع را به دقت بررسی کردم ، اما هیچ فایده‌ای به حالم نداشت». در واقع معرفت بر ساختار الکترونی اتم ، اطلاعات یا سرنخهای اندکی درباره ((ساختار هسته)) به دست داد.
ماهیت شیمیایی هر اتم به وسیله تعداد الکترونها و پروتونهای آن تعیین می شود، که برای ایجاد توازن بارهای مثبت و منفی باید تعداد آنها مساوی باشند. اما مطلب فوق به توضیح این مسئله ، که چرا هسته پا بر جاست، کمکی نمی کرد. ((نیروی هسته‌ای|نیروهایی)) که سبب ((پایداری هسته)) می شوند، میلیونها بار از ((نیروی الکتریکی|نیروهایی)) که اتصال الکترونها را به هسته برقرار می کنند، بزرگترند. |
+ | شیمیدانان به کمک تصویر __ساختار الکترونی اتم__ ، توانستند عناصر را به صورت خانواده ، گروه بندی و رفتار شیمیایی آنها را پیش‌بینی کنند. اما فیزیکدانان در آن هنگام فکر می‌کردند که این مسئله ای سطحی یا تردستی با اعداد است. "__لرد ریلی__" فیزیکدان بریتانیایی ((برندگان جایزه نوبل فیزیک|برنده جایزه نوبل)) ، می‌گفت: «من موضوع را به دقت بررسی کردم ، اما هیچ فایده‌ای به حالم نداشت». در واقع معرفت بر ساختار الکترونی اتم ، اطلاعات یا سرنخهای اندکی درباره ساختار هسته به دست داد.
ماهیت شیمیایی هر اتم به وسیله تعداد الکترونها و پروتونهای آن تعیین می‌شود که برای ایجاد توازن بارهای مثبت و منف باید تعداد آنها مساوی باشند. اما مطلب فوق به توضیح این مسئله که چرا هسته پا برجاست، کمکی نمی‌کرد. نیروهایی که سبب پایداری هسته می‌شوند، میلیونها بار از نیروهایی که اتصال الکترونها را به هسته برقرار می‌کنند، بزرگترند. |
| | !مباحث مرتبط با عنوان | | !مباحث مرتبط با عنوان |
| | *((اتم)) | | *((اتم)) |
| - | *((اتم وهر و رادرفورد)) |
+ | *((اتم ولیه)) |
| | *((اتم هیدروژن)) | | *((اتم هیدروژن)) |
| - | *((اسپین)) |
+ | *((اسپین الکترون)) |
| | *((اصل طرد پائولی)) | | *((اصل طرد پائولی)) |
| | *((اعداد کوانتومی)) | | *((اعداد کوانتومی)) |
| - | *((چهار عدد کوانتوی)) |
+ | *((الکترون))
*((پروتو)) |
| | *((خواص شیمیایی عناصر)) | | *((خواص شیمیایی عناصر)) |
| | *((ساختار اتم)) | | *((ساختار اتم)) |
| - | *((ساختار الکترونی اتم)) | |
| - | *((مدار الکترونی)) | |
| | *((مدل کوانتومی اتم)) | | *((مدل کوانتومی اتم)) |
| | *((نظریه پلانک)) | | *((نظریه پلانک)) |
| - | *((ست ات))
*((هسته‌های جادویی)) |
+ | *((وتر))
*((هسته)) |
| | *((هیدروژن)) | | *((هیدروژن)) |
