X
تبلیغات
ایزوتوپ

ایزوتوپ

صفحه11تا 19 شیمی دوم نوشته شده توسط پور محبی منطقه(تخت جلگه)

دیگر سازنده های اتم

اتم آنقدر کوچک است که نمی توان آن را دید اما مانند جسمی که درون جعبه است و دیده نمی شود، می توان با بررسی  رفتاری که از خود نشان می دهد، در مورد شکل و ویژگی های آن حدس هایی زد.

- هر چه شکل و ویژگی های پیشنهادی، شمار بیشتری از ویژگی های یک اتم را توجیه کند، آن حدس دقیق تر ودرست تر است.

رادرفورد :

 

 

ارنست رادرفورد دانشمند نیوزلندی چهارده سال پس از تامسون ساختار دیگری برای اتم

پیشنهاد کرد و مدل تازه ای برای آن ارائه داد و اظهار داشت : 

« اتم دارای هسته ی کوچکی است که تقریبا همه ی جرم اتم در آن متمرکز شده است و

هسته دارای بار الکتریکی مثبت است و الکترون ها دور هسته قرار گرفته و آن را محاصره

کرده اند. در ضمن بیش تر حجم اتم را فضای خالی تشکیل می دهد . »

- نتایج آزمایشات رادرفورد:

1- یک هسته ی کوچک که تقریباً همه ی جرم اتم درآن متمرکز شده است.

2- هسته ی اتم دارای بار الکتریکی مثبت است.

3- حجم هسته ی اتم درمقایسه با حجم اتم بسیار کوچک است زیرا بیش تر حجم اتم را فضای خالی تشکیل می دهد.

4- هسته ی اتم به وسیله ی الکترون ها محاصره شده است.

- اگر هسته ی اتم را به اندازه ی یک گوی کوچک در نظر بگیرید در این صورت یک اتم به اندازه ی یک استادیوم فوتبال خواهد بود.

- رادرفورد در مدل خود بار مثبت هسته ی اتم را به ذره هایی به نام پروتون نسبت داد.

- بار الکتریکی پروتون = بار الکتریکی الکترون - جرم پروتون 2000برابربیشتر از الکترون است .

-- در مدل اتمی رادرفورد الکترون ها روی هسته سقوط می کنند .چون تحت جاذبه ی قوی پروتون ها قرار می گیرند.

نوترون چگونه کشف شد ؟

با اندازه گیری هایی که ارنست رادرفورد انجام داده بود ، متوجه شد که جرم هسته اتم تقریبا دوبرابر تعداد پروتون‌ها است . بدین ترتیب او پیش بینی کرد که ذره ای دیگر باید در هسته باشد تا این کمبود جرم را جبران کند .

در سال ۱۹۳۲ جیمز چدویک آزمایشی ترتیب داد . او بریلیم را با آلفا بمباران کرد و متوجه شد ذره ای با قدرت نفوذ بسیار بالا از هسته اتم بیرون می زند که در میدان مغناطیسی منحرف نمی شود . ابتدا فکر کرد باید اشعه X یا گاما باشد اما هنگامی که سرعت آن را اندازه گرفت متوجه شد سرعت این ذره یک دهم سرعت نور است . به همین دلیل این ذره را که جرم آن حدود جرم پروتون و بیشتر بود ، بار الکتریکی نداشت و سرعت آن یک دهم سرعت نور بود نوترون نامید و آن را به هسته نسبت داد.

 - نوترون ها در ایجاد یک نیروی جاذبه ای قوی برای کنار هم نگاه داشتن پروتون ها در هسته ی اتم نقش مهمی دارند.

- هنگامی که هسته ی یک اتم می شکند یا تلاشی می یابد انرژی بسیار زیادی آزاد می شود به این انرژی آزاد شده انرژی هسته ای می گویند.

در سال 1886 گلداشتین پیشنهاد نمود که در لوله کروکس ضمن تشکیل ذرات الکترون ، ذرات دیگری که بار مثبت دارند به وجود می آید . گلداشتین لوله ای انتخاب نمود که در آن قطب مثبت را در انتهای راست و قطب منفی را در طرف چپ قرار داد. صفحه الکترود منفی در وسط سوراخی داشت که ذرات مثبت از این کانال استوانه ای به سمت عقب کاتد حرکت می کردند ، به همین علت آن را پرتو کانالی نیز نامیدند .بعد از تفکیک پرتو مثبت در لوله کروکس ، اثر میدان های مغناطیسی و الکتریکی راروی آن آزمایش نمودند، چون یه سمت قطب منفی منحرف شد، متوجه شدند که ذراتی بابار مثبت می باشند.
و اندازه این ذراات به نوع گاز درون لوله بستگی دارد . سرعت ذرات پرتو مثبت از سرعت پرتو کاتدی خیلی کمتر و نسبت بار به جرم آن ها خیلی کوچکتر و مقدارش با نوع گاز درون لوله تغییر می کند .
هرگاه گاز درون لوله را هیدروژن انتخاب کنند ، هر ذره مثبت از نظر مقدار بار برابر با بار یک الکترون ولی جرم آن عملا برابر جرم یک اتم هیدروژن است .
رادرفورد نام پروتون را برای این ذره ی مثبت پیشنهاد نمود .
سپس بار الکتریکی پروتون اندازه گیری شد . رادرفورد با تقسیم بارمثبت هسته به بار الکتریکی یک پروتون ، تعداد بارهای مثبت هر اتم یا تعداد پروتون ها را تعیین نمود .
موزلی و عدد اتمی :

موزلی در سال 1913 با استفاده از طیف سنجی که براگ ابداع کرده بود ، طیف اختصاصی پرتوهای X بسیاری از عناصر را بادقت زیادی مورد مطالعه قرار داد .و از برسی طیف خطی پرتوهای اختصاصی X عناصر دریافت که از عنصری به عنصر دیگر، هر خط طیفی به اندازه معینی در طیف جابجا می شود ، به طوری که اگر این عناصر را به ترتیب شماره خانه آن ها در جدول تناوبی (که در آن زمان عدد عنصر در جدول یا عدد اتمی نامیده می شد) ، در نظر بگیریم محل این خط در مقیاس طول موج دستگاه طیف نما ، به اندازه معینی به سمت طول موج های کوتاه تر جابجا می شود .موزلی تلاش نمود تارابطه بین شماره خانه آن عنصر در جدول تناوبی و محل هر خط طیفی پرتوهای X آن را دریابد .سرانجام دریافت که جذر فرکانس هر خط طیفی از هر عنصر تابعی از عدد اتمی آن است
V فرکانس خط طیفی مشخص از پرتوهای X یک عنصر ، Z شماره خانه عنصر در جدول تناوبی و a,b اعداد ثابتی اند که به جنس عنصر مورد مطالعه ارتباطی ندارد بلکه در مورد تمام عناصر برای هر خط طیفی مقدارمشخصی دارند .
موزلی با توجه به این که از هر عنصری به عنصر بعدی ، طول موج هر خط طیفی از پرتوهای X کوتاهتر می شود ، به عبارت دیگر فوتون های X که تابش می شود ، دارای انرژی بیشتری است و این رویداد نشانه آن است که برای جداکدن الکترون از لایه های درونی اتم به انرژی بیشتری نیاز دارد به این نتیجه رسیده بودکه از عنصری به عنصر بعد در جدول تناوبی ، بر مقدار بار مثبت هسته اتم و در نتیجه ، بر مقدار نیروی جاذبه بین هسته و الکترون افزوده می شود . 

بدین ترتیب ثابت کرد آنچه بور به عنوان بار مثبت هسته و یا تعداد پروتون های اتم هر عنصر در نظر گرفته بود ، دقیقا با شماره ی خانه آن عنصر در جدول تناوبی که به عدد اتمی آن عنصر موسوم بود ، مطابقت دارد . از این رو مفهوم عدد اتمی عنصر را نه به معنی شماره خانه آن عنصر در جدول تناوبی ، بلکه به معنی تعداد پروتون های موجود در اتم آن ، یعنی به همان مفهومی که امروزه متداول است تغییر داد . بدین ترتیب موزلی از طریق بررسی طیف اختصاصی پرتوهای X عناصر توانست عدد اتمی دقیق آن ها را حساب کند

 

+ نوشته شده در  ساعت   توسط مریم پورمحبی  | 

عدد جرمی وایزوتوپ ها

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 ایزوتوپ 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.
 
 
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. مثلاً 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. 

ايزوتوپ ها و كاربرد آنها

برای بررسی ایزوتوپها از طیف نگار جرمی استفاده می شود.دستگاههایی از این نوع ابتدا

توسط فرانسیس استون (۱۹۱۹) و آرتور دمپستر (۱۹۱۸) با پیروی از اصول روشهایی که

جی جی تامسون در ۱۹۱۲ 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 ۱۷ پروتون و ۱۷ الکترون دارند ولی یکی دارای ۱۸ نوترون و دیگری

دارای ۲۰ 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

فلوئور). 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 مححاسبه می شود.

 

 

+ نوشته شده در  ساعت   توسط مریم پورمحبی  | 

جرم یک اتم

همانطور که می دانید هرگز نمی توان یک اتم را جدا کرده، آن را در ترازو گذاشت و جرم آن را اندازه گرفت. زیرا واحد گرم یا میلی گرم (که ترازو آن را نشان می دهد) برای بیان جرم اتم بسیار بسیار بزرگ است.

همانطور که می دانید هرگز نمی توان یک اتم را جدا کرده، آن را در ترازو گذاشت و جرم آن را اندازه گرفت. زیرا واحد گرم یا میلی گرم (که ترازو آن را نشان می دهد) برای بیان جرم اتم بسیار بسیار بزرگ است.

درواقع همیشه باید واحد اندازه گیری و کمیت مورد اندازه گیری با هم سنخیت داشته باشند، به عنوان مثال فاصله ی شیراز مشهد را نمی توان با سانتی متر یا متر اندازه گیری نمود، بلکه این فاصله به دلیل بزرگی با کیلومتر سنجش می شود.

حال جرم یک اتم هم نمی تواند با گرم اندازه گیری شود، زیرا جرم یک اتم در حدود ۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۱/۰ گرم است.

پس باید دنبال یک واحد بگردیم که جرم اتم را با ان واحد اندازه گرفته و بیان کنیم.

دانشمندان در این مورد خیلی فکر کردند تا اینه نتیجه گرفتند که یک اتم را به عنوان واحد انتخاب کنند و بقیه اتمهخا را نسبت به آن بسنجند. به عنوان مثال در ابتدا اتم ئیدروزن را به عنوان واحد در نظر گرفتند و مثلا” می گفتند جر بور ده برابر جرم ئیدروزن می باشد.

اما بعدها این واحد به اتم اکسیژن تغییر نمود و در نهایت شیمی دانها برای بیان جرم عنصرها بدین صورت عمل کردند که فراوان ترین ایزوتوپ کربن یعنی کربن ۱۲ را بعنوان استاندارد انتخاب کردند و جرم عنصرهای دیگر را با استفاده از نسبتهایی که در محاسبات آزمایشگاهی بدست آمده بود، بیان کردند.

به عنوان مثال با استفاده از نسبتهایی که در محاسبات آزمایشگاهی بدست آمده، مشخص شده است که جرم اتم اکسیژن چهار سوم برابر جرم اتم کربن است. با توجه به اینکه جرم اتم کربن ۱۲ می باشد جرم اتم اکسیژن را محاسبه کرد. در این مقیاس جرم اتم اکسیژن برابر ۱۶ خواهد شد.

واحد جرم اتمی amu است که کوتاه شده ی عبارت atomic mass unitاست. در این مقیاس جرم پروتون و نوترون ۱ amu است.

وزن اتمی عنصر کلر میانگین جرمهای اتمی توزین شده ایزوتوپهای طبیعی این عنصر است. این میانگین را نمی‌توانیم با جمع کردن جرمهای ایزوتوپها و تقسیم کردن آن بر 2 بدست بیاوریم. مقداری که به این طریق به دست می‌آید، تنها در صورتی درست است که عنصر کلر شامل تعدادی مساوی از اتمهای دو ایزوتوپ باشد. برای بدست آوردن میانگین وزنی باید جرم اتمی هر ایزوتوپ را در کسر فراوانی آن ضرب کنیم و مقادیر حاصله را با هم جمع کنیم. کسر فراوانی معادل اعشاری در صد فراوانی است. مقدار پذیرفته شده برای کلر 35.453±0.001U است. هیچ اتم کلری ، جرم 35.453 u ندارد، اما فرض چنین اتمی آسانتر است.

درطبیعت چند نوع اتم کربن وجود دارد. اتم کربن 12 ، که به‌عنوان استاندارد برای وزنهای اتمی بکار گرفته می‌شود، فراوانترین نوع آن است. هر گاه درصدها و جرمهای همه انواع کربن را به‌حساب آوریم، جرم نسبی میانگین برای کربن موجود در طبیعت 12.011 می‌شود و این مقداری است که به‌عنوان وزن اتمی کربن ثبت می‌شود.

 

 تمرین

۱-ايزوتوپ هاي يک عنصر از نظر عدد ...........و تعداد...........با هم تفاوت دارند .

الف)جرمي-پروتون ها                                               ب)جرمي-نوترون ها

  ج)اتمي- الکترون ها                                               د)اتمي – پروتون ها

 

۳-کدام جفت از نمادهاي زير،دوايزوتوپ را نشان مي دهد؟

الف)Na1123 وNa1223                                        ب)Cu3963 وCu6439

  ج)Li27 وLi26                                                د)Mg2412 وMg2612

 

۴-نام ايزوتوپي از هيدروژن با يک پروتون و دو نوترون کدام است؟

الف)پروتيم         ب)دو تريم                        ج)تريتيم                            د)هليم

 

۵-دو ايزوتوپ طبيعي از يک عنصر داراي جرم و درصد فراوانيamu0 /54(00/20%

)وamu00/56(00/80%)

است ,جرم اتمي ميانگين اين عنصر کدام است؟

الف)20/54                ب)80/54            ج)40/54                             د)60/55

 

۶-کدام گزينه نادرست است؟

الف) 12/1جرم يک اتم ­­C­­12=amu1                         ب) جرم يک اتم H1=amu1

  ج) جرم يک اتم C12=amu12                      د)  جرم يک اتم O16 =amu16

 

 

+ نوشته شده در  ساعت   توسط مریم پورمحبی  | 

دید کلی

 
img/daneshnameh_up/9/96/atomicmass.gif

دید کلی

اتمها ذرات بسیار کوچکی هستند که تک تک آنها را نمی‌توان وزن کرد. یک جنبه بسیار مهم از کار "دالتون" ، کوشش او برای تعیین جرمهای نسبی اتمها بود. دالتون سیستم سنجش خود را برمبنای اتم هیدروژن گذاشت و جرم همه اتمهای دیگر را با جرم اتم هیدروژن مقایسه کرد.

دالتون و تعیین جرم اتمی اکسیژن از آب

آب ، ماده مرکبی است که از لحاظ جرمی % 88.8 هیدروژن و % 11.2 اکسیژن دارد. دالتون بطور نادرست پذیرفته بود که آب از یک اتم اکسیژن با یک اتم هیدروژن ترکیب شده است. براین مبنا ، نسبت جرم یک اتم اکسیژن تنها به یک اتم هیروژن تنها ، 88.8 یعنی تقریبا 8 به 1 می‌شد. با تخصیص جرم اختیاری 1 به اتم هیدروژن ، جرم نسبی 8 برای اتم اکسیژن بدست می‌آید.

فرمولی را که دالتون برای آب بکار گرفته بود، نادرست بود. در واقع یک اتم اکسیژن با دو اتم هیدروژن ترکیب می‌شود. بنابراین جرم یک اتم اکسیژن تقریبا 8 برابر جرم دو اتم هیدروژن است. اگر به یک اتم هیدروژن جرم 1اختصاص داده شود، جرم دو اتم هیدروژن 2 خواهدشد و بر این مقیاس جرم نسبی یک اتم اکسیژن 8 برابر 2 یعنی 16 می‌شود.

وزن اتمی

گرچه دالتون در تعیین جرمهای نسبی اشتباه کرده بود، اما اعتبار معرفی این مفهوم و تشخیص اهمیت آن را باید از آن دالتون بدانیم. این مقادیر را وزنهای اتمی نامیده‌اند. این واژه از لحاظ معنی درست نیست، زیرا باید جرم ارجاع شود نه وزن ، اما بر اثر کاربرد طولانی مجاز شمره می‌شود.

واحد جرم اتمی

هر گونه مقیاس برای جرم اتمی نسبی باید بنابر مقداری اختیاری باشد که به یک اتم انتخابی استاندارد نسبت داده می‌شود. دالتون اتم هیدروژن را به‌عنوان اتم استاندارد انتخاب کرد و مقدار یک را به آن نسبت داد. در سالهای بعد شیمیدانان ، اکسیژن طبیعی را به عنوان استاندارد انتخاب کردند و وزن اتمی آن را دقیقا 16 در نظر گرفتند.

استانداردی که امروزه بکار می‌رود، اتم 612C است. واحد جرم اتمی ( که نماد SI آن U است) به عنوان یک دوازدهم جرم اتم 612C تعریف می‌شود. بنابراین با این مقیاس جرم اتم 612C دقیقا 12U است. اما جرم یک اتم را نمی‌توان با این مقادیر محاسبه کرد. به استثنای 11H (که
هسته آن تنها یک پروتون دارد) ، حاصل جمع جرمهای ذراتی که یک هسته را می‌سازند، همواره بیشتر از جرم واقعی هسته است.

انرژی اتصال هسته

"انیشتین" نشان داد که جرم و انرژی هم‌ارز هستند. این تفاوتهای جرمی ، برحسب انرژی ، آنچه را که انرژی اتصال هسته نامیده می‌شود، توجیه می‌کند. اگر جدا کردن اجزای هسته ممکن باشد، انرژی اتصال ، انرژی لازمه برای چنین کاری است. عکس این فرایند یعنی متمرکز شدن نوکلئونها در یک هسته ، موجب آزاد شدن انرژی اتصال می‌شود که همراه با کاهش جرم است.

img/daneshnameh_up/d/d7/massss.jpg

تعیین جرمهای اتمی با استفاده از طیف‌سنج جرمی

جرمهای اتمی با استفاده از طیف سنج جرمی معین می‌شود. غالبا عناصر موجود در طبیعت مخلوطی از ایزوتوپها هستند. در این موارد ، با طیف سنج جرمی می‌توان مقدارنسبی هر ایزوتوپ موجود در عنصر و همچنین جرم اتمی هر ایزوتوپ را معین کرد. داده‌های آزمایشی در مورد کلر نشان می‌دهد که این عنصر مرکب از % 75.77 اتمهای 1735Cl ( باجرم 34.969 u) و % 24.23 اتمهای 1735Cl (با جرم 36.266 u ) است. هر نمونه از کلر که از یک منبع طبیعی بدست آمده باشد، شامل این دو ایزوتوپ با همین نسبت است.

جرم اتمی ایزوتوپهای طبیعی

وزن اتمی عنصر کلر میانگین جرمهای اتمی توزین شده ایزوتوپهای طبیعی این عنصر است. این میانگین را نمی‌توانیم با جمع کردن جرمهای ایزوتوپها و تقسیم کردن آن بر 2 بدست بیاوریم. مقداری که به این طریق به دست می‌آید، تنها در صورتی درست است که عنصر کلر شامل تعدادی مساوی از اتمهای دو ایزوتوپ باشد. برای بدست آوردن میانگین وزنی باید جرم اتمی هر ایزوتوپ را در کسر فراوانی آن ضرب کنیم و مقادیر حاصله را با هم جمع کنیم. کسر فراوانی معادل اعشاری در صد فراوانی است. مقدار پذیرفته شده برای کلر 35.453±0.001U است. هیچ اتم کلری ، جرم 35.453 u ندارد، اما فرض چنین اتمی آسانتر است.

درطبیعت چند نوع اتم کربن وجود دارد. اتم کربن 12 ، که به‌عنوان استاندارد برای وزنهای اتمی بکار گرفته می‌شود، فراوانترین نوع آن است. هر گاه درصدها و جرمهای همه انواع کربن را به‌حساب آوریم، جرم نسبی میانگین برای کربن موجود در طبیعت 12.011 می‌شود و این مقداری است که به‌عنوان وزن اتمی کربن ثبت می‌شود.

+ نوشته شده در  ساعت   توسط مریم پورمحبی  | 

آتش بازی وکشف ساختار اتم

چرا وسایل آتش بازی رنگارنگ اند؟

 

آتش بازی

تقریباً در تمام کشورهای جهان در جشن‏ها و اعیاد ملی و مذهبی از وسایل آتش‏بازی استفاده می‏شود. آنها پس از اشتعال، منفجر می‏شوند و آبشاری از رنگ‏های مختلف به وجود می‏آورند. آیا می‏دانید چرا وسایل آتش‏بازی این چنین رنگارنگ‏اند؟

آتش بازی

وسایل آتش‏بازی از مخلوط کردن نیترات پتاسیم، گوگرد، زغال سنگ و نمک‏های برخی از فلزات تهیه می‏شوند. برای آنکه وسایل آتش‏بازی را به رنگ‏های مختلف در آورند، به آنها نمک‏های فلزاتی چون باریم، منیزیم، سدیم و استرونسیم می‏افزایند.

آتش بازی

برای این منظور این مواد را با کلرات پتاسیم مخلوط می‏کنند. نمک‏های باریم، رنگ سبز و سولفات استرونسیم، رنگ آبی آسمانی ایجاد می‏کنند. کربنات استرونسیم باعث ایجاد رنگ زرد می‏شود، در حالی که نیترات استرونسیم رنگ قرمز به وجود می‏آورد.

آتش بازی

نمک‏های سدیم، رنگ زرد و نمک‏های مس رنگ آبی پدید می‏آورند پودر آلومینیم نیز باعث ایجاد باران نقره‏ای می‏شود. وقتی وسایلآتش بازی منفجر می‏شوند، این نمک‏ها می‏سوزند و رنگ‏های مختلفی فوران می‏کنند. به این ترتیب منظره‏ای جالب و زیبا پدید می‏آید.

آتش بازی

وسایل آتش‏بازی نخستین بار در چین تولید شدند و مورد استفاده قرار گرفتند. صدها سال بعد، مردم اروپا، عربستان و یونان نیز طرز تهیه وسایل آتش‏بازی را آموختند و از آن استفاده کردند

 

توليد رنگهاي متفاوت در هنگام آتش بازي:


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

 

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


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

 

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

 

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

 

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

 

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



طيف:


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


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


مجموعه از بعضي طول موج ها را دارد.



طيف:


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


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


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


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

 

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

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

 

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


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


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


(طيف پيوسته)              نور سفيد تمام طول موج ها را دارد

 

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

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


كشف رابطه ميان طيف (الگوي ثابت انرژي) با ساختار اتم:


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


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


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

 

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

 

 


helium: هلیم :

and carbon: و کربن :

 

 

+ نوشته شده در  ساعت   توسط مریم پورمحبی  | 

طیف نشری خطی اتم

طیف نشری خطی اتم ها


 

 جذب و نشر انرژی تابشی توسط اتم ها اطلاعات زیادی در مورد ساختمان اتمی به ما میدهد. برای مطالعه این مبحث  شناخت ماهیت انرژی تابشی نیز تعریف مفاهیمی مانند  جذب ،نشر ،طیف خطی وپیوسته  ضروری به نظر می رسد.

انرژی  تابشی متشکل از دو میدان نوسانی و مغناطیسی والکتریکی است که در فضا با حرکت موجی انتقال می یابد برای هر موج فاصله در ماکزیمم یا دو مینیمم یک طول موج یا لاندا نامیده می شود

امواج الکترومغناطیس شامل محدوده وسیعی از طول موج ها هستند که تنها بخش کوچکی از آن توسط چشم ما قابل دیدن است این امواج از  طول موجهای بسیار کوتاه با انرژی های بسیار بزرگ مانند اشعه گاما  تا طول موج های بسیار بلند باانرژی های بسیار کم مانند امواج رادیویی را در برمیگیرند. از این بین تنها بخش کوچکی از امواج توسط چشم ماقابل دیدن می باشد.

  

وقتی شعاعی از تابش الکترومغناطیس از یک منشور میگذرد ، شکسته می شود. درجه شکست بستگی به طول موج آن شعاع دارد طول موج های کوتاه بیش از طول موج های بلند شکسته میشوند بنابراین برای تجزیه یک شعاع تابش متشکل از طول موجهای مختلف به طول موج های تشکیل دهنده آن می توان از منشور استفاده کرد

چون نور سفید ترکیبی از تمامی رنگهاست و تمامی طول موجهای محدوده مرئی راشامل میشود پس اگر از منشور عبور کند نوار عریضی از رنگها را شامل میشود که مانند رنگین کمان پیوسته ای است که در آن کناره هر نوار رنگی به کناره نوار مجاوردر هم می آمیزد مثلا بنفش در آبی و آبی در سبز و....  به این طیف، طیف پیوسته میگویند زیرا تمامی طول موج ها در بر می گیرد. 

ولی اگر شعاعی که از منشور میگذرد همه طول موج ها نداشته باشد طیف حاصله یک طیفی است که طیف خطی نامیده میشود طیف خطی فقط شامل طول موجهای معینی بوده و در بین خطوط مربوط به طول موجهای خاص نوار های تاریک دیده میشود. 

از دیدگاهی دیگر طیف ها را می توان به دو نوع جذبی و نشری تقسیم کرد.  

 

  طیف جذبی:

وقتی به یک ماده نوری را میتابانیم ماده قسمتی از نور تابیده شده را جذب کرده و باقی را عبور دهد اگر نور عبور کرده را از یک منشور عبور دهیم به طیف حاصله طیف جذبی میگویند. طیف جذبی میتواند خطی یا پیوسته باشد.

 طیف نشری:

 اگر یک ماده را از طریق حرارت دادن ویا قوس الکتریکی و یا یه هر طریق دیگر به شدت گرم کنیم ماده از خود نور تابش میکند ( پدیده نشر ) در صورتیکه تابش نشرشده را از یک منشور عبور دهیم به طیف حاصله طیف نشری گفته میشود طیف نشری هم میتواند خطی یا پیوسته باشد.

طیف نشری پیوسته

 

 ◄   طیف نشری خطی اتم ها:

اگر اتم های گازی شکل یک عنصر را در یک قوس الکتریکی ، یک جرقه الکتریکی،  ویا شعله گرم کنیم نور از آنها منتشر میشود. اگر شعاعی از این نور را توسط منشور تجزیه کنیم یک طیف خطی حاصل میشود از این رو به آن طیف نشری خطی اتمی میگویند

رای بررسی چگونگی این پدیده ، اتم هیدروژن را در نظر میگیریم :  

اتم هیدروژن تنها دارای یک الکترون است واین الکترون در پایین ترین مدار آن یعنی مدار اول قرار داردبه این حالت، حالت پایه می گویند. وقتی اتم هیدروزن را گرم کنیم الکترون آن تحریک شده وبا جذب انرژی از تراز پایه به تراز های بالاتر می جهد این حالت را حالت برانگیخته می گویند. ولی الکترون در تراز های بالا ناپایدار بوده و با رها کردن انرژی جذب کرده به تراز های پایین تر بر می گردد و این بار انرژی کسب کرده را  به صورت تابش بر می گرداند.

 اگر الکترون از تراز i به تراز f ارتقا  یابد به اندازه تفاوت انرژی  این دو تراز یعنی به اندازه( Ef - Ei) انرژی جذب میکند و در برگشت در صورتی که به همان تراز i برگردد همان مقدار انرژی را نشر میکند. بنابراین می توان نتیجه گرفت هرچه تفاوت انرژی دو لایه بیشتر باشد انرژی نور نشری بیشتر و طول موج آن کوتاه تر است.

+ نوشته شده در  ساعت   توسط مریم پورمحبی  | 

طيف نشري

طيف نشري


هرگاه بخار يك عنصر شيميايي تحت اثر انرژيهاي مختلف از جمله شعله، اختلاف پتانسيل، قوس الكتريكي و يا امواج الكترومغناطيس قرار گيرد از خود نور نشر خواهد نمود. اگر نور منتشره را از يك منشور عبور دهيم، با توجه به اينكه شكست پرتوهاي نوراني در منشور به طول موج آنها بستگي دارد، نور منتشر شده به خطوطي تقسيم مي‌شود كه به آن طيف نشري مي‌گويند. اين طيف متشكل از تعداد محدودي خطوط رنگين است كه هر خط نشان دهنده طول موج متفاوتي از نور است. طيف خطي هر عنصر منحصر به فرد است.
img/daneshnameh_up/0/0f/chm035a.jpg
مثلاً هرگاه در يك لامپ تخليه الكتريكي گاز هيدروژن را در فشارهاي خيلي پايين و تحت ولتاژهاي بالا قرار دهيم، نور بنفش صورتي رنگ در لامپ آشكار مي‌گردد. بدين ترتيب كه بمباران مولكولهاي گاز به وسيله الكترونهاي منتشره از كاتد در داخل محفظه شيشه‌اي، مولكول هيدروژن را تجزيه كرده و توليد اتم هيدروژن مي‌نمايد. عده‌اي از اين اتمها مقداري انرژي جذب كرده و بلافاصله به صورت پرتوهاي نوراني انرژي اضافي خود را دفع مي‌كنند (از ماوراء بنفش تا مادون قرمز). نورهاي عبور كرده به منشور تابيده و در آنجا تفكيك شده، و هر دسته از نورها برحسب فركانس خود به صورت خطوطي به شيشه حساس عكاسي مي‌تابند. در مورد هيدروژن فقط چهار خط درخشنده قرمز، سبز، بنفش و نيلي ديده مي‌شود كه هر يك معادل با فركانس و انرژي كاملاً مشخص است. ميان اين خطوط روشن را فضاي "تاريك" اشغال مي‌كند.
img/daneshnameh_up/6/6d/chm035b.jpg
هرگاه به جاي هيدروژن از گاز نئون استفاده كنيم، مي‌بينيم كه نور قرمزي پديد مي‌آورد (نور قرمز چراغهاي تبليغاتي) كه آن هم در طيف نما به چند خط نوري مشخص و منفصل تجزيه مي‌شود. معماي بزرگ دانشمندان اين بود كه چرا هر اتم خطوط طيفي ويژه و با انرژي معين دارد؟
مهمترين روشها براي بر انگيختن اتم (يا مولكول) جهت طيف نشري عبارتند از:
1. قرار دادن جسم در شعله (طيف شعله) كه در مورد نمكها متداول است.
2. ايجاد تخليه الكتريكي درون گازها (طيف تخليه) كه در موردمواد گازي شكل متداول است.
3. افزايش دماي جسم جامد تا حالت التهاب، كه در مورد فلزات و مواد جامد متداول است (طيف جسم ملتهب)
4. قرار دادن جسم در گرماي حاصل از يك كمان الكتريكي كه در مورد فلزات قليايي و قليايي خاكي و تركيبات آنها متداول است (طيف كمان و يا طيف جرقه)

+ نوشته شده در  ساعت   توسط مریم پورمحبی  | 

خطوط طیفی

خطوط طیفی

طیف اتمی مستقیما به ترازهای انرژی اتم نسبت داده می‌شود. هر خط طیفی متناظر یک گذار خاص بین دو تراز انرژی یک اتم است. پس آنچه در طیف نمایی دارای اهمیت است، تعیین ترازهای انرژی یک اتم به کمک اندازه گیری طول موجهای طیف خطی گسیل شده از اتمها است. پایین ترین تراز انرژی ، حالت پایه و همه ترازهای بالاتر حالتهای برانگیخته نامیده می‌شوند. موقعی که یک اتم از حالت بر انگیخته بالاتر به یک حالت برانگیخته پایین تر گذاری را انجام می‌دهد. یک فوتون متناظر به یک خط طیفی گسیل می‌شود.



img/daneshnameh_up/c/ca/Spectrum-hp-sodium.jpg

طیف نشری

اگر جسمی بتواند نور تولید کند و نور تولید شده را از منشوری عبور دهیم، طیفی بدست می‌آید که طیف نشری نامیده می‌شود. اگر رنگهای طیف حاصل بهم متصل باشند، طیف نشری اتصالی و اگر فاصله‌ای بین آنها باشد، طیف نشری انفصالی یا خطی می‌نامند. به عنوان مثال لامپ حاوی بخار بسیار رقیق را در نظر بگیرید. این لامپ بصورت لوله باریک شیشه‌ای است که درون آن یک گاز رقیق در فشار کم وجود دارد. دو الکترود به نامهای کاتد و آند در دو انتهای لوله قرار دارند. اگر بین این دو الکترود ، ولتاژ بالایی برقرار شود، اتمهای گاز درون لامپ شروع به گسیل نور می‌کنند. اگر این بخار مربوط به بخار جیوه باشد، این گسیل به رنگ نیلی - آبی است. اگر این نور را از منشور بگذرانیم و طیف آن را تشکیل دهیم می‌ینیم که این طیف پیوسته نیست. بلکه تنها از چند خط رنگی جدا از هم با طول موجهای معین تشکیل شده است.

طیف جذبی

در سال 1814 میلادی فرانهوفر فیزیکدان آلمانی کشف کرد که اگر به دقت به طیف خورشید بنگریم، خطهای تاریکی در طیف پیوسته آن مشاهده خواهیم کرد. این مطلب نشان می‌دهد که بعضی از طول موجها در نوری که از خورشید به زمین می‌رسد، وجود ندارد و به جای آنها ، در طیف پیوسته نور خورشید خطهای تاریک (سیاه) دیده می‌شود. اکنون می‌دانیم که گازهای عنصرهای موجود در جو خورشید ، بعضی از طول موجهای گسیل شده از خورشید را جذب می‌کنند و نبود آنها در طیف پیوسته خورشید به صورت خطهای تاریک ظاهر می‌شود. در اواسط سده نوزدهم معلوم شد که اگر نور سفید از داخل بخار عنصری عبور کند و سپس طیف آن تشکیل شود، در طیف حاصل خطوط تاریکی ظاهر می‌شود. این خطوط توسط اتمهای بخار جذب شده‌اند.

طیف اتمی از دیدگاه فیزیک کلاسیک

درک ساز و کار جذب و گسیل نور بوسیله اتمها از دیدگاه فیزیک کلاسیک آسان است. زیرا بنابر نظریه‌های کلاسیکی یک اتم در صورتی نور گسیل می‌کند که به طریقی مانند برخورد با سایر اتمها یا توسط میدان الکتریکی به الکترونهای آن انرژی داده شود، در نتیجه الکترونها با بدست آوردن انرژی ارتعاش می‌کنند و امواج الکترومغناطیس بوجود می‌آورند، یعنی نور گسیل می‌کنند. اما این که چرا اتمهای همه عنصرها موج الکترومغناطیسی با طول موجهای یکسان نمی‌کنند و این که چرا هر عنصر طول موج خاص خود را دارد، ا ز دیدگاه فیزیک کلاسیک قابل توجیه نیست.

در مورد جذب نور هم ، از دیدگاه فیزیک کلاسیک ، می‌توان گفت که وقتی نور به یک اتم می‌تابد، نوسان میدان الکتریکی ناشی از نور فروری باعث می‌شود که الکترونهای اتم شروع به ارتعاش کنند و نور فرودی را جذب کنند. ولی باز هم در این دیدگاه هیچ توجیه قانع کننده‌ای برای این که چرا هر عنصر تنها طول موجهای خاصی را که مشخصه آن عنصر است جذب می‌کند و بقیه طول موجها را جذب نمی‌کند؟ وجود ندارد.

رابطه ریدبرگ - بالمر

طیف اتمی هیدروژن ، اولین طیفی بود که بطور کامل مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. آنگستروم تا سال 1885 میلادی طول موجهای چهار خط از طیف اتم هیدروژن را با دقت زیاد اندازه گرفت. بالمر که یک معلم سوئیسی بود، وی این اندازه گیریها را مطالعه کرد و نشان داد که طول موج خطهای این طیف را می‌توان با دقت بسیار زیاد بدست آورد. توفیق بالمر در خصوص یافتن رابطه‌ای برای خطهای طیف اتم هیدروژن در ناحیه مرئی موجب شد، که تلاشهای بیشتری در جهت یافتن خطوط دیگر طیف اتم هیدروژن صورت گیرد. کار عمده در زمینه جستجو برای طیف کامل اتم هیدروژن توسط ریدبرگ در حدود سال 1850 میلادی انجام شد.

نتیجه

  1. هم در طیف گسیلی و هم در طیف جذبی هر عنصر ، طول موجهای معینی وجود دارد که از ویژگیهای مشخصه آن عنصر است. یعنی طیفهای گسیلی و جذبی هیچ دو عنصری مثل هم نیست.

  2. اتم هر عنصر دقیقا همان طول موجهایی از نور سفید را جذب می‌کند که اگر دمای آن به اندازه کافی بالا رود و یا به هر صورت دیگر بر انگیخته شود، آنها را تابش می‌کند.
+ نوشته شده در  ساعت   توسط مریم پورمحبی  |