پرسش

برای تحقیق شیمی مطلب می‌خواهم
موضوع: ساختار اتم

پاسخ

قرنهاست كه مساله ساختمان غایی ماده ذهن بشر را به خود مشغول داشته است . اولین نظریه اتمی را معمولا به یونانیهای باستان نسبت می‌دهند ، ولی ریشه این مفهوم ممكن است در تمدن‌های قدیمتر تكوین یافته باشد . ارسطو ( قرن چهارم ق – م ) عقیده داشت كه ماده پیوسته است و بنابراین ، فرضا می‌تواند به طور بی‌پایان به ذرات كوچكتر تقسیم شود . نظریه‌های باستانی ، بر پایه تفكر محض استوار بودند و اساس تجربی نداشتند . اولین نظریه اتمی كه رویداد برجسته‌ای در پیشرفت علم شیمی محسوب می‌شود ، توسط جان دالتون پیشنهاد شد ( قرن نوزدهم ) . نظریه دالتون كه بر پایه تجربیات و قوانین شیمیایی شناخته شده در آن زمان بود ، وزن و ظرفیت تركیبی معینی را برای اتمهای مفروض قائل شد . نظریه دالتون به دلیل آنكه ماهیتی كمی داشت توانست بسیاری از واقعیات مشاهده شده را به طریقی قانع كننده تفسیر كند و كارها و اندیشه‌های نوینی را برانگیزد . نظریه دالتون در مفهوم كلی خود هنوز هم معتبر است ولی ، در پرتو اكتشافات جدید ،در برخی جزئیات آن تغییراتی داده شده است . گرچه دالتون مانند یونانیها ، اتم را به عنوان ذرهای تقسیم ناپذیر در نظر گرفت ، امروزه می‌دانیم كه اتم خود از ذرات ریزتری كه به آنها قابل تقسیم است ، تشكیل شده است .در حقیقت بعضی اتم‌های رادیواكتو به خودی خود به پاره‌های ریزتری متلاشی می‌شوند . در حال حاضر تقریبا 35 ذره ریزتر از اتم تشخیص داده شده‌اند . بسیاری از این ذرات ناپایدارند و طول عمری كمتر از یك ثانیه دارند و وضع آنها نسبت به اتم كاملا دانسته نشده است . سه نوع ذره یعنی الكترون ، پروتون و نوترون به عنوان ذرات بنیادی در نظر گرفته می‌شوند . درستی عنوان ذرات بنیادی در این جا قابل تردید است ، زیرا ممكن است كه این ذرات خود از ذرات ریزتر دیگری به وجود آمده باشند . مثلا نوترون وقتی از اتم جدا می‌شود خود به خود تجزیه می‌شود . با وجود این توجیه ساختمان اتمی بر اساس این سه ذره بنیادی كفایت می‌كند .
نوترون فاقد بار الكتریكی است در حالیكه الكترون و پروتون دارای بار الكتریكی هستند . بار این دو ذره از نظر بزرگی با یكدیگر مساوی است ولی علامت آنه با یكدیگر مخالف است .بار الكترون منفی و بار پروتون مثبت است .
الكترون
بخش اعظم اطلاعات موجود درباره الكترون ( از واژه یونانی به معنی كهربا به خاطر اثری كه به هنگام مالش در آن پدید می‌آید ) از مطالعه اشعه كاتدی نتیجه شده است . اگر بین دو الكترود . در یك محفظه شیشه‌ای مسدود ، كه تا حد ممكن از هوا تخلیه شده است یك ولتاژ قوی برقرار شود ( همانند لامپ مهتابی ) ، از الكترود منفی ( كاتد ) اشعه‌ای صادر می‌شود . این اشعه دارای بار منفی است ، در امتداد خط مستقیم سیر می‌كند و در محل برخورد با دیواره شیشه‌ای مقابل كاتد ، موجب تلالو می‌شود . در اواخر قرن نوزدهم طبیعت اشعه كاتدی به تفصیل مورد بررسی قرار گرفت . آزمایش نشان داد كه این اشعه ، جریانی از الكترونهایی است كه حركتی سریع دارند . این الكترونه كه از فلز الكترود منفی ناشی می‌شوند به جنس فلز كاتد بستگی ندارند .
پروتون
وقتی سبكترین اتم یعنی هیدروژن ، تنها الكترونش را از دست می دهد ، یون تولید شده ، یك ذره بنیادی است كه پروتون ( از واژه یونانی به معنی نخستین ) نام دارد . جرم پروتون 1836 برابر جرم الكترون است .
نوترون
از آنجا كه اتمها از نظر الكتریكی خنثی هستند ، تعداد الكترونها و پروتونها در هر اتم بایستی برابر باشند . برای توجیه جرم كل اتمها ارنست رادرفورد در 1920 وجود ذراتی بدون بار را در هسته اتم مسلم دانست . چون این ذرات بدون بارند ، تشخیص و تعیین خواص آنها مشكل است . ولی در 1932 جیمز چادویك نتیجه كارهای خود را درباره اثبات وجود این ذرات كه نوترون( از واژه لاتین به معنای خنثی) نامیده می‌شوند منتشر كرد . جرم نوترون اندكی بیش از جرم پروتون است .
هسته اتم
بعضی اتمها ، مجموعه ناپایداری از ذرات بنیادی هستند . این اتمها خود به خود اشعه ساطع می‌كنند و به اتمهای دیگر با هویت شیمیایی متفاوت تبدیل می‌شوند . این فرایند كه رادیو اكتیو نامیده می‌شود ، به وسیله هانری بكرل در 1896 كشف شد و ماهیت اشعه حاصل از آنها بعدا توسط رادرفورد مشخص گردید . از مواد رادیو اكتیو سه نوع اشعه به نام‌های آلفا ، بتا و گاما ساطع می‌شود ( امروزه اشعه دیگری نیز شناخته شده كه از اتمهای مصنوعی ، یعنی اتمهایی كه به وسیله بشر ساخته شده‌اند ، حاصل می‌شود . اشعه آلفا مركب از ذراتی است كه هریك دو پروتون و دو نوترون دارند . اشعه بتا جریانی از الكترون است . اشعه گاما اصولا صورتی از نور با انرژی زیاد است . این اشعه بدون بار الكتریكی و شبیه به اشعه ایكس است . آقای رادرفورد در سال 1911 با استفاده از ذرات آلفا دلایل قانع كننده‌ای مبنی بر وجود هسته اتمی ارائه كرد . او در پشت یك حفاظ سربی یك منبع اشعه آلفا قرار داد . یك شعاع باریك اشعه آلفا از سوراخی كه در این حفاظ تعبیه شده بود خارج می‌شد . این شعاع روی یك ورقه نازك طلا ، پلاتین ، نقره ویا مس تابیده می‌شد . در این عمل تقریبا 9/99 درصد ذرات آلفا مستقیما از ورقه طلا رد می‌شد ، بعضی از مسیر مستقیم منحرف می‌شدند و تعداد كمی از ذرات آلفا در جهت معكوس به سوی منبع باز می‌گشتند پس عاملی كه باعث برگشت كامل ذره می‌شود همان بار مثبت است كه در مقایسه با كل اتم باید بسیار كوچك باشدچون اگر بزرگ بودتعداد بیشتری ذره برمی‌گشتند. رادرفورد نتایج حاصل از این آزمایشهای پخش شدن اشعه آلفا را با فرض وجود یك هسته درمركز اتم توجیه كرد . هسته ای كه قسمت اعظم جرم و تمام بار مثبت اتم ( نوترونها و پروتونها ) در آن متمركز است . الكترونها كه بیشتر حجم اتم را اشغال می‌كنند در خارج از این هسته جای دارند و با حركتی بسیار سریع به دور آن می‌گردند . در زمان حاضر به وسیله دستگاهها و روشهای دقیق مقیاس هسته و اتم را بدست آورده‌اند كه اگر اتمی دارای قطر 6/1 كیلومتر باشد قطر هسته آن حدود یك سانتیمتر است.البته در آن زمان رادرفورد فقط دنبال توجیه نتایج آزمایش بود .پس چون بیشتر حجم یك اتم فضایی خالی است اكثر ذرات بدون انحراف از ورقه عبور می‌كنند. البته همانگونه كه می‌دانید چون بار ذره آلفا مثبت است توسط هسته كه مكان پروتون‌هاست دفع می‌شود از طرف دیگر چون الكترونها سبكند باعث انحراف ذرات سنگین آلفا نشده و تاثیری بر حركت ذرات آلفا ندارند.