درس سوم علوم هشتم: درون اتم

تا حدود ۱۵۰ سال قبل دانشمندان اعتقاد داشتند، اتم کوچک ترین ذرهٔ تشکیل دهندهٔ ماده است.

با پیشرفت علم و فناوری، دانش و پژوهش گسترش یافت و اطلاعات بیشتری به دست آمد.

این اطلاعات نشان داد اتم ها نیز از ذره های کوچک تری ساخته شده اند.

همهٔ مواد از اتم ساخته شده اند.

اتم نیز از ذره های ریزتری به نام الکترون، پروتون و نوترون تشکیل شده است.

این ذره ها مانند سایر مواد جرم دارند؛ به طوری که جرم پروتون با نوترون تقریباً برابر است.

در حالی که جرم الکترون در مقایسه با دو ذرهٔ دیگر بسیار ناچیز است. برخی از ذره های تشکیل دهندهٔ اتم علاوه برجرم، بار الکتریکی نیز دارند.

تعداد پروتون های اتم هر عنصر را عدد اتمی آن می گویند.

تعداد پروتون های اتم در هر عنصر معیّن و ثابت است. با تغییر تعداد پروتون ها، نوع اتم نیز تغییر می  کند.

برای مثال وقتی می گویند عدد اتمی کربن برابر ۶ و عدد اتمی هیدروژن برابر ۱ است،

نتیجه می گیریم که هر اتم کربن ۶ پروتون و هر اتم هیدروژن یک پروتون دارد.

هر عنصر از اتم های یکسانی تشکیل شده است.

از بین ۱۱۸ عنصر شناخته شده، حدود ۹۰ عنصر در طبیعت به شکل عنصر یا ترکیب وجود دارند.

هر عنصر را با  شانه های شیمیایی مشخصی نشان می دهند.

برای نمونه عنصر هیدروژن را با نشانهٔ H بخوانید اچ و عنصر نئون را با نشانهٔ Ne نشان می دهند.

همچنین عدد  اتمی عنصرها را در سمت چپ و پایین نشانهٔ شیمیایی می نویسند.

برای مثال: ۱H ، 10Ne

دانشمندان  آزمایش های مختلفی انجام دادند و با روش های غیرمستقیم اطلاعاتی از درون اتم به دست آوردند.

آنها بر اساس اطلاعات به دست آمده، مدل های  گوناگونی را برای ساختار اتم ارائه دادند.

یکی از این مدل ها را فردی به نام بور ارائه داد.

نیلز بور در سال ۱۸۸۵ میلادی در کپنهاگ دانمارک متولد شد.

بور برای فهم ساختار اتم تلاش های زیادی کرد و در نهایت مدل اتمی خود را ارائه داد.

وی در  سال ۱۹۲۲ موفق به  دریافت جایزه نوبل گردید.

بور یک انسان شریف و ساده زیست بود و در محیط کارش روحیه ای شاد و سرشار از محبت می آفرید

مدل بور به مدل منظومهٔ شمسی معروف است؛

زیرا ساختار اتم در این مدل بسیار شبیه منظومهٔ شمسی است.

همان طور که در منظومهٔ شمسی سیارات به  دورخورشید می چرخند،

در مدل بور الکترون ها در مسیرهای دایره ای به نام مدار به دور هسته درحرکت اند.

شکل زیر ساختار اتم های هیدروژن، هلیم، لیتیم،  بریلیم و بور را مطابق مدل بور نشان می دهد

اتم های سازندهٔ اغلب عنصرها مانند عنصر کربن دقیقاً یکسان نیستند.

تعداد پروتون های این اتم ها یکسان است؛ اما تعداد نوترون های آنها متفاوت است.

به اتم های  یک عنصر که تعداد نوترون متفاوت دارند ایزوتوپ های آن عنصر می گویند.

بنابراین عنصر کربن سه ایزوتوپ دارد..

عددجرمی عنصرها را در سمت چپ و بالای نشانهٔ شیمیایی آنها می نویسند.

برای نمونه: ساختار اتمی بور و نشانهٔ شیمیایی، عدد اتمی و عدد جرمی ایزوتوپ های  کربن در یک نمونه زغال سنگ در شکل زیر نشان داده شده است.

 در مدل بور ، الکترون‌ها مانند سیارات که به دور خورشید می‌گردند، در مدارهای معینی به نام تراز به دور هسته می گردند.

بور  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 شدن الکترون 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

معمولا این اختلاف انرژی اتم بین دو حالت برانگیخته و پایه به صورت انرژی نوری کوانتوم نور) است.

کربن در طبیعت آمیخته ای از اتم های کربن با تعداد نوترون متفاوت است.

ایزوتوپ های کربن را به صورت کربن  ۱۲ ،کربن  ۱۳ ،کربن  ۱۴ نام گذاری کرده اند.

عددی که بعد از نام عنصرآمده، عدد جرمی را مشخص می کند.

ایزوتوپ های برخی از بین ایزوتوپ های هیدروژن، ایزوتوپ ۱H از عنصرهای دیگر نیز پرتوزا هستند.

موادی که  ایزوتوپ پرتوزا دارند، به ماده پرتو زا معروف اند.

با وجود این که این مواد خطرناک هستند، اما کاربردهای مفیدی هم در زندگی دارند

یون به اتم یا مولکول‌هایی گفته می‌شود که بار الکتریکی اضافه داشته باشند و این بار می‌تواند منفی یا مثبت باشد.

نابرابری تعداد کل الکترون‌ها با پروتون‌ها، در یک اتم یا مولکول، به آن بار خالص مثبت و یا بار خالص منفی الکتریکی می‌دهد.

بین ۲ ماده با بارهای هم‌نام، نیروی رانش ایجاد می‌شود و برعکس؛ بین ۲ ناهم‌نام ربایش بوجود می‌آید.

 

 علوم هشتم فصل 3 : از درون اتم چه خبر

ساختار شبکه بلوری ترکیب سدیم کلرید(NaCl) که نمونه‌ای از یک ترکیب یونی است.

در این نگاره گوی ارغوانی رنگ نمایانگرکاتیون‌های سدیم (Na⁺) و گوی سبز نشان‌دهندهٔ آنیون‌های کلرید (Cl⁻)

 از نگاه فیزیکی یونی که از یک اتم تشکیل شده یون اتمی یا تک اتمی (مونواتمیک) نامیده می‌شود،

و اگر آن یون از دو یا چند اتم تشکیل شده باشد، آن را یک یون مولکولی و یا چنداتمی (پلی‌اتمیک) می‌گویند.

از نگاه شیمیایی،

اگر یک اتم خنثی، یک یا چند الکترون خود را از دست دهد،

دارای بار خالص مثبت می‌شود و به عنوان یک کاتیون شناخته می‌شود،

برعکس؛ اگر یک اتم خنثی الکترون بیشتری به دست آورد،

دارای بار خالص منفی می‌شود و به عنوان یک آنیون شناخته شده است و بنا بر این:

کاتیون: یونی است که بار مثبت دارد.

آنیون: یونی است که بار منفی دارد.

به سبب ناهمگونی بار الکتریکی خود، کاتیون‌ها و آنیون‌ها یکدیگر را به آسانی جذب می کنند.

و تشکیل ترکیبات یونی مانند نمک را ممکن می‌سازند: (ویژگی‌های بار الکتریکی در رابطه با نیروی «رانش و ربایش» را ببینید).