X
تبلیغات
شیمیدان جوان
اطلاعات شیمی

کربن        الماس 

کربن به دوشکل بلوری  الماس و گرافیت وجود دارد.خواص فیزیکی الماس وگرافیت  به دلیل تفاوت در ساختار بلوری کاملا متفاوت است.

الماس الماس فرم بلوری کربن باچگالی ( g/cm3 3/520) ٬ یک از سخت ترین ودیر گدازترین مواد شناخته شده است   تمامی پیوندهای  ( C-C )  کوالانسی  و طول آن ها برابر 54/ 1    0A   بوده وبرابر پیوند های مشاهده شده درهیدروکربن های سیر شده است. در الماس هر اتم کربن با اوربیتال های هیبریدی  sp3 به چهار اتم کربن دیگر باآرایش چهاروجهی پیوند یافته است.این آرایش یک شبکه مکعبی مراکز وجوه پرراتشکیل می دهد.چون هراتم کربن باتمام اتم های اطراف خود پیوند دارد بلور الماس ٬ به عنوان مولکول واحد تلقی می شود. علاوه براین تمام الکترون های والانس هر اتم کربن دراوربیتال های پیوندی جفت شده اند وتراز والانس هراتم کربن بیش از هشت الکترون نمی تواند داشته باشد. به همین دلیل الماس فوق العاده سخت دیر ذوب پایدار بوده و رسانای الکتریسته نمی باشد واین بازتابی از ساختمان سه بعدی آن است.الماس ماده ای بیرنگ شفاف وشکننده است.رسانا یی گرمایی الماس از هر ماده دیگری بیشتراست .ودرحدود 5 برابر رسانایی گرمایی مس است. ضریب شکست الماس بالاست واگر به طرز خاصی تراش داده شود بازتاب نور را به رنگ های مختلف نشان می دهد.

باکلیک دراینجاساختار الماس رامشاهده نمایید.  

گرافیت

 گرافیت جامدی سیاه  نرم باکمی جلای فلزی است. بلور گرافیت ازلایه های مرکب از حلقه های شش گوشه ازاتم های کربن ترکیب یافته است این لایه هابا نیروی لاندن نسبتا ضعیف به هم متصل اند فاصله بین اتم کربن یک سطح با سطح مجاور 0A    3/35  است درصورتی که فاصله بین اتم های کربنی که درسطح به هم پیوند یافته اند 415/1 0A    است .درمقایسه این فاصله با الماس نمایانگر آن است که درگرافیت تاحدی پیوند  ( C-C)  خصلت چند گانه به خود گرفته است. در هر لایه هر اتم کربن با هیبرید SP2 وبه وسیله پیوند کووالانسی σ باسه اتم دیگر متصل شده است بنابراین ساختارمسطح دارد. وچهارمین الکترون والانس موجود در اوربیتال P از هر اتم  به صورت غیر مستقر روی این سه پیوند متحرک می باشد.و یک سیستم پیوندی πگسترده که تما م ساختار را دربر می گیرد تشکیل می دهد.دراین صورت گرافیت را می توان به صورت یک هیبرید رزونانسی که هرپیوند  آن 1و ۳ /1 پیوند است. نشان داد . ازاین روی گرافیت جلای فلزی داشته ورسانای الکتریسته بوده واین رسانایی درجهت موازی بالایه ها نسبتا زیاد ودرجهت عمود باسطوح بلور کم است وبعنوان الکترود وبه صورت بوته برای فلزات داغ به کار می برند. . اتم ها درهرلایه بایکدیگر اتصال محکمی دارند

ولی نیروی بین لایه ها ضعیف است وامکان می دهد که  لایه ها به آسانی بریکدیگربلغزند.ازاین روگرافیت نرم ولیزبوده وبعنوان چرب کننده استفاده می شود.  تراکم وجرم حجمی گرافیت کمتر از الماس است.

باکلیک دراینجا می توانید ساختار گرافیت راببینید.

 

مقایسه  ساختار  بلوری الماس وگرافیت

+ نوشته شده در  جمعه بیست و دوم اردیبهشت 1391ساعت 16:50  توسط شهرزاد موسوی_ پوران لاهیجانی_فاطمه عبدا.  | 

برای اینکه بتوانید واکنش پذیری یک جسم راپیشگویی نمایید اغلب لازم است اندازه اتم های آن جسم رابدانید. شعاع یک اتم بدون توجه به اتم های مجاورآن٬ شعاع اتمی نامیده می شود.

درجدول تناوبی عنصر ها٬ باافزایش عدد کوانتومی اصلی اندازه ابر الکترونی افزایش می یابد . بنابراین اندازه اتم ها درهرگروه ازبالا به پایین بیشتر می شود.

دریک تناوب عدد کوانتومی اصلی تمام اتم ها یکسان است٬ ولی به علت این که  بارمثبت هسته  هرعنصر نسبت به عنصر قبلی به اندازه یک پروتون افزایش یافته٬ درنتیجه ابرالکترونی بیرونی اندکی به سمت هسته کشیده می شود .ازاین رو اندازه اتم ها درطول یک تناوب از چپ به راست کاهش می یابد.

 به طور کلی شعاع اتمی عنصرها ازبالا به پایین درهرگروه افزایش٬ وازچپ به راست درهرتناوب کاهش می یابد.

اندازه اتم های بیشتر عنصر ها بااستفاده ازپراش پرتو ایکس معین می شود.الگوی پراش به دست آمده آرایش ٬ اندازه وفاصله اتم ها راآشکار می کند. دربلور اتم ها مقداری برهم کنش بین الکترون ها دراتم های مختلف صورت می گیرد٬ که اتم ها را به یکدیگر نزدیکتر می کند وسبب می شود که اندازه اتم کوچکتر باشد .در گاز های نجیب به علت کامل بودن لایه ظرفیت برهم کنش الکترونی وجود ندارد واتم ها ازیکدیگر فاصله دارند وشعاع اتمی بزرگتری دارند برای به دست آوردن شعاع اتمی دراین اتم ها به طریق برون یابی وباتوجه به نمودار تغییر  شعاع اتمی٬ دریک تناوب شعاع کووالانسی محاسبه می شود . 

شعاع اتمی معمولا برحسب پیکومتر(pm ) گزارش می شود. برای مشاهده چگونگی روند تغییر شعاع اتمی دراینجاکلیک کنید

+ نوشته شده در  دوشنبه دوم آبان 1384ساعت 17:15  توسط هوشمند  |  آرشيو نظرات
+ نوشته شده در  جمعه بیست و دوم اردیبهشت 1391ساعت 16:44  توسط شهرزاد موسوی_ پوران لاهیجانی_فاطمه عبدا.  | 

تعریف [ویرایش]

درترکیب یونی، اتم ها باازدست دادن یاگرفتن الکترون، مداربیرونی خود راپر میکنند.اما درپیوند اشتراکی (کووالانسی)اتم هامی توانندبابه اشتراک گذاشتن الکترون ها مدار خویش راپر کنندوبه هشتایی پایدار گاز نجیب قبل از خودشان]] برسند.پیوند کووالانسی دراثرنیروی جاذبه ی الکتریکی به وجود میایند.مثلا:هنگامی که دواتم هیدروژن به هم نزدیک میشوندجاذبه ی الکتریکی بین ان هاایجاد میشودودواتم بااشتراک گذاشتن یک الکترون کنار هم میمانند.فاصله ی بین اتم های متصل به هم راطول پیوندمیگویند.هرچه طول پیوند کم تر باشدانرژی ان بیشتر است.انرژی پیوند، انرژی لازم برای غلبه بر نیروی جاذبه بین اتم هااست وواحد ان کلیوژول برمول است.(kJ/mol). نقطه ی ذوب وجوش ترکیب هایی که پیوند کووالانسی دارند خیلی پایین تر ازترکیبات یونی است.این ترکیب ها به صورت محلول نارسانای برق هستند.پیوند کووالانسی بین دواتم نافلزاست .مثلا:دواتم کربن با چهاراتم هیدروژن یک پیوند کووالانسی رابه وجود میاورندکه به اتیلن معروف است. به مولکول هایی که باپیوندکووالانسی به وجود میایندترکیب مولکولی یاجامدمولکولی میگویند.

                                 ساختار اتم  

 

تصوری که امروزه ازساختاراتم در ذهن ما می باشد نتيجه فرضيه ها وآزمايش هايی است که رادرفورد ويارانش ازجمله نيلز بور و هانس گايگر وارنست مارسدن انجام داده اند .

آنها ورقه بسيارنازکی از طلا رادرمعرض عبور اشعه آلفا ( +He2 )قراردادند . نتايج زيربه دست آمد.

۱ـ اکثر ذرات آلفا مستقيم ازورقه عبور نمود .آنها نتیجه گرفتند  که بايد بيشتر حجم اتم خالی باشد ۰ (شعاع اکثر اتم ها بين   ۵۰ و۲۵۰ پيکومتر  وشعاع هسته اتم ها بين  ۳-۱۰ ×۱.۲ و

 ۳ -۱۰ × ۷.۵ پيکومتر تغيير می کند  )

۲ـ تعدادکمی ازذرات بازوايای بزرگ منحرف شدند.نتيجه آن که بايد ازکنار ذره ايی بابار مثبت عبورکرده باشند.

۳ـ تعداداندکی درخلاف جهت وبه عقب بازگشتند .رادرفورد دراين باره توضيح داد که اتم دارای هسته  بسيار کوچکی است که  بيشترين جرم رادرخودجا داده است.

برای مشاهده آزمايش  رادرفورد در اينجا کليک  کنيد.

+ نوشته شده در  جمعه بیست و دوم اردیبهشت 1391ساعت 16:30  توسط شهرزاد موسوی_ پوران لاهیجانی_فاطمه عبدا.  | 

درباره جدول تناوبی

تاريخچه:

مندلیف و لوتار میر در مورد خواص عنصرها و ارتباط آنها بررسی های دقیق تری انجام دادند و در سال 1869ميلادي به این نتیجه رسیدند که خواص عنصرها تابعی تناوبی از جرم انهاست.به این معنا که اگر عنصرها را به ترتیب افزایش جرم اتمی مرتب شوند نوعی تناوب در آنها آشکار می گردد و پس از تعداد معینی از عنصرها، عنصرهایی با خواص مشابه خواص پیشین تکرار می شوند .

مندلیف در سال 1869 بر پایه ی قانون تناوب جدولی از 63عنصر شناخته شده ی زمان خود منتشر کرد .در فاصله ی بین سالهای 1869 تا 1871م مندلیف هم مانند لوتار میر با بررسی خواص عنصرها و ترکیب های آنها متوجه شد که تغییرهای خواص شیمیایی عنصرها مانند خواص فیزیکی آنها نسبت به جرم اتمی روند تناوبی دارد.از این رو جدول جدیدی در 8 ستون و12سطر تنظیم کرد.او با توجه به نارسایی های جدول نیو لندز ولوتار میر و حتی جدول قبلی خود جدولی تقریبا بدون نقص ارایه داد که فراگیر و ماندنی شد.

شاهکارهای مندلیف در ساخت شهرک عناصر :

روابط همسایگی:دانشمندان پیش از مندلیف در طبقه بندی عناصر هر یک را جداگانه و بدون وابستگی به سایر عناصر در نظر می گرفتند.اما مندلیف خاصیتی را کشف کرد که روابط بین عنصرها را به درستی نشان می داد و آن را پایه تنظیم عناصر قرار داد. او برخی از عناصر را دوباره بررسی کرد تا هر نوع ایرادی را که به نادرست بودن جرم اتمی از بین ببرد. در برخی موارد به حکم ضرورت اصل تشابه خواص در گروهها را بر قاعده افزایش جرم اتمی مقدم شمرد.
واحدهای خالی: در برخی موارد در جدول جای خالی منظور کردیعنی هر جا که بر حسب افزایش جرم اتمی عناصر باید در زیر عنصر دیگری جای می گرفت که در خواص به ان شباهتی نداشت ان مکان را خالی می گذاشتو ان عنصر را در جایی که تشابه خواص رعایت میشد جای داد.این خود به پیش بینی تعدادی ا زعنصرهای ناشناخته منتهی شد.
.
استقبال از ساکنان بعدی:مندلیف با توجه به موقعیت عنصرهای کشف نشده و با بهره گیری از طبقه بندی دوبرایزتوانستخواص انها را پیش بینی کند.برای نمونه مندلیف در جدولی که در سال 1869 تنظیم کرده بودمس و نقره وطلا را مانند فلزی قلیایی در ستون نخست جا داده بود اما کمی بعد عناصر این ستون را به دو گروه اصلی و فرعی تقسیم کرد.سپس دوره های نخست و دوم و سوم هر یک شامل یک سطر و هر یک از دوره های چهارم به بعد شامل دو سطر شده وبه ترتیب از دوره های چهارم به بعد دو خانه اول وشش خانه اخر از سطر دوم مربوط به عناصر اصلی ان دوره و هشت خانه باقی مانده ی سطر اول و دو خانه اول سطر دوم مربوط به عناصر فرعی بود

ساخت واحد مسکونی هشتم:مندلیف با توجه به این که عناصر آهن و کبالت و نیکل و روتینیم و رودیم و پالادیم و اسمیم و ایریدیم و پلاتین خواص نسبتا مشابهي با یکدیگر دارند این عناصر را در سه ردیف سه تایی و در ستون جداگانه ای جای دادو به جدول پیشین خود گروه هشتم را هم افزود. در آن زمان گازهای نجیب شناخته نشده بود از این رو در متن جدول اصلی مندلیف جایی برای این عناصر پیش بینی نشد. پس از ان رامسی و رایله در سال 1894 گاز آرگون را کشف کردند و تا سا ل 1908 م گازهای نجیب دیگر کشف شد و ظرفیت شیمیایی آنها صفر در نظر گرفته شدو به گازهای بی اثر شهرت یافتند.

آسانسور مندلیفبه سوی آسمان شیمی :جدول مندلیف در تنظیم و پایدار کردن جرم اتمی بسیاری از موارد مندلیف نادرست بودن جرم اتمی برخی از عناصر را ثابت و برخی دیگر را درست کرد .جدول تناوبی نه تنها به کشف عنصرهای ناشناخته کمک کرد بلکه در گسترش و کامل کردن نظریه ی اتمی نقش بزرگی بر عهده داشت و سبب آسان شدن بررسی عناصر و ترکیب های انها شد.

مجتمع نیمه تمام: جدول تناوبی با نارسایی هایی همراه بود که عبارتند از :
1- جای هیدروژن در جدول بطور دقیق مشخص نبود .گاهی آن را بالا ی گروه فلزهای قلیایی و گاهی بالای گروه های گروه هالوژن ها جا میداد.
2- در نیکل و کبالت که جرم اتمی نزدیک به هم دارند خواص شیمیایی متفاوت است و با پایه قانون تناوبی ناسازگاری دارد.
3- کبالت را پیش از نیکل و همچنین تلور را پیش از ید جای داد که با ترتیب صعودی جرم اتمی هم خوانی نداشت .با پیش رفت پژوهش ها و با کشف پرتوایکس و عنصرهاو بررسی دقیق طیف انها عدد اتمی کشف و اشکار شد و عناصر بر حسب افزایش عدد اتمی مرتب و نار سایی های جزیی موجود در جدول مندلیف از بین رفت .زیرا تغییرات خواص عناصر نسبت به عدد اتمی از نظم بیشتری برخوردارست تا جرم اتمی آنها .
4- سال پس از نشر جدول مندلیف بوابو در ات به روش طیف نگاری اکا آلومینیوم را کشف کرد و گالیم نامید و 4 سال بعد نیلسون اکا بور را کشف کرد و اسکاندیم نامید و هفت سال بعد ونیکلر هم اکا سیلسیم را از راه تجربه طیفی کشف کرد و ان را ژرمانیم نامید.

تغییرات خواص عناصر در دوره ها و گروههای جدول:
1- تغییرات شعاع اتمی :در هر گروه با افزایش عدد اتمی شعاع اتمی افزایش می یابد ودر هر دوره با افزایش عدد اتمی شعاع اتمی به تدریج کوچکتر می گردد.
2- تغییرات شعاع یونی :شعاع یون کاتیون هر فلز از شعاع اتمی ان کوچکتر و شعاع هر نا فلز از شعاع اتمی ان بزرگتر است.به طور کلی تغییرهای شعاع یونی همان روند تغییرات شعاع اتمی است.
3- تغییرات انرژی یونش: در هر دوره با افزایش عدد اتمی انرژی یونش افزایش
می یابد و در هر گروه با افزایش لایه های الکترونی انرژی یونش کاهش می یابد.
4- تغییرات الکترون خواهی :در هر دوره با افزایش عدد اتمی انرژی الکترونخواهی افزایش می یابدودر هر گروه با افزایش عدد اتمی اصولا انرژی الکترون خواهی از بالا به پایین کم می شود .
5- تغییرات الکترونگاتیوی:در هر دوره به علت افزایش نسبتا زیا د شعاع اتمی الکترونگاتیوی عناصر کم میشود و در هر دوره به علت کاهش شعاع اتمی الکترونگاتیوی عناصر افزایش می یابد .
6- تغییرتعدادالکترونهای لایه ظرفیتوعدد اکسایش:در هر دوره از عنصری به عنصر دیگریک واحد به تعداد الکترون ها ی ظرفیت افزوده میشود و تعداد این الکترونها و عدد اکسایش در عنصرهای هر گروه با هم برابرند.
7- تغییرات پتانسیل الکترودی :در ازای هردوره با افزایش عدد اتمی توانایی کاهندگی عنصرها کاهش می یابد و توانایی اکسیدکنندگی انها افزایش می یابد .از این روفلزهایی که در سمت چپ دوره ها جای دارندخاصیت کاهندگی ونا فلزهایی که در سمت راست دوره ها جای دارندتوانایی اکسید کنندگی دارند.در موردعناصر یک گروه توانایی اکسید –کنندگی با افزایش عدد اتمی وپتانسیل کاهش می یابد.
8- تغییرات توانایی بازی هیدروکسید:توانایی بازی هیدروکسیدعناصر در گروهها ازبالا به پایین افزایش می یابد اما در دوره از سمت چپ به راست رو به کاهش است.
9- تغییرات دما وذوب یا جو ش:در هر دوره دمای ذوب و جوش تا اندازه ای به طورتناوبی تغییر می کند ولی این روندمنظم نیست و در موردعناصرگروهها نیز روندواحدی وجود ندارد

+ نوشته شده در  چهارشنبه نهم آذر 1390ساعت 14:40  توسط شهرزاد موسوی_ پوران لاهیجانی_فاطمه عبدا.  | 

جدول تناوبی عناصر شیمیایی نمایشی از عناصر شیمیایی است که براساس ساختار الکترونی مرتب شده است، بطوریکه بسیاری از خواص شیمیایی بصورت منظم در طول جدول تغییر نماید. جدول اولیه بدون اطلاع از ساختار داخلی اتمها ساخته شد: اگر عناصر را بر حسب جرم اتمی آنها مرتب نمائیم، و آنگاه نمودار خواص معین دیگر آنها را بر حسب جرم اتمی رسم نمائیم، میتوان نوسان یا تناوب این خواص را بصورت تابعی از جرم اتمی مشاهده نمود. اولین کسی که توانست این نظم را مشاهده نماید، یک شیمیدان آلمانی به نام Johann Wolfgang D?einer بود. او متوجه تعدادی تثلیث از عناصر مشابه شد:
نمونه تثلیث ها
عنصر جرم اتمی چگالی ------ عنصر جرم اتمی چگالی
Cl 35.5 1.56 g/L ------ Ca 40.1 1.55 g/cm3
Br 79.9 3.12 g/L ------ Sr 87.6 2.6 g/cm3
I 126.9 4.95 g/L ------ Ba 137 3.5 g/cm3

و به دنبال او، شیمیدان انگلیسی John Alexander Reina Newlands متوجه گردید که عناصر از نوع مشابه در فاصله‌های هشت تایی یافت می شوند، که آنها را با نت‌های هشتگانه موسیقی شبیه نمود، هرچند که قانون نت‌های او مورد تمسخر معاصرین او قرار گرفت. سرانجام شیمیدان آلمانی Lothar Meyer و شیمیدان روسی Dmitry Ivanovich Mendeleev تقریبا بطور همزمان اولین جدول تناوبی را، با مرتب نمودن عناصر بر حسب جرمشان، توسعه دادند( ولی مندلیف تعداد کمی از عناصر را خارج از ترتیب صریح جرمی، برای تطابق بهتر با خواص همسایگانشان رسم نمود – این کار بعدها با کشف ساختار الکترونی عناصر در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم توجیه گردید). فهرست عناصر بر اساس نام، علامت اختصاری و عدد اتمی موجود میباشد. شکل زیر جدول تناوبی عناصر شناخته شده را نمایش میدهد. هر عنصر با عدد اتمی و علامتهای شیمیایی. عناصر در یک ستون ("گروه") از لحاظ شیمیایی مشابه می باشند.

گروه 1 2
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
ردیف
1 1
H

2
He
2 3
Li
4
Be


5
B
6
C
7
N
8
O
9
F
10
Ne
3 11
Na
12
Mg


13
Al
14
Si
15
P
16
S
17
Cl
18
Ar
4 19
K
20
Ca

21
Sc
22
Ti
23
V
24
Cr
25
Mn
26
Fe
27
Co
28
Ni
29
Cu
30
Zn
31
Ga
32
Ge
33
As
34
Se
35
Br
36
Kr
5 37
Rb
38
Sr

39
Y
40
Zr
41
Nb
42
Mo
43
Tc
44
Ru
45
Rh
46
Pd
47
Ag
48
Cd
49
In
50
Sn
51
Sb
52
Te
53
I
54
Xe
6 55
Cs
56
Ba
* 71
Lu
72
Hf
73
Ta
74
W
75
Re
76
Os
77
Ir
78
Pt
79
Au
80
Hg
81
Tl
82
Pb
83
Bi
84
Po
85
At
86
Rn
7 87
 Fr 
88
Ra
** 103
Lr
104
Rf
105
Db
106
Sg
107
Bh
108
Hs
109
Mt
110
Ds
111
Uuu
112
Uub
113
Uut
114
Uuq
115
Uup
116
Uuh
117
Uus
118
Uuo

* لانتانیدها 57
La
58
Ce
59
Pr
60
Nd
61
Pm
62
Sm
63
Eu
64
Gd
65
Tb
66
Dy
67
Ho
68
Er
69
Tm
70
Yb
** آکتینیدها 89
Ac
90
Th
91
Pa
92
U
93
Np
94
Pu
95
Am
96
Cm
97
Bk
98
Cf
99
Es
100
Fm
101
Md
102
No

گروههای شیمیایی جدول تناوبی
قلیائی فلزیها قلیائی خاکیها لانتانیدها آکتینیدها فلزات انتقالی
فلزات ضعیف شبه فلزات غیر فلزات هالوژنها گازهای کامل


در اینجا روشهای دیگر برای نمایش جدول ارائه شده‌اند:

جدول استاندارد - جدول جایگزین - جدول ضد - جدول بزرگ - جدول عظیم - جدول عریض - جدول توسعه یافته - جدول ساختاری - فلزات و غیر فلزات


کد رنگ برای اعداد اتمی:
  • عناصر شماره گذاری شده با رنگ آبی ، در دمای اتاق مایع هستند؛
  • عناصر شماره گذاری شده با رنگ سبز ، در دمای اتاق بصورت گاز می باشند؛
  • عناصر شماره گذاری شده با رنگ سیاه، در دمای اتاق جامد هستند.
  • عناصر شماره گذاری شده با رنگ قرمز ترکیبی بوده و بطور طبیعی یافت نمی شوند(همه در دمای اتاق جامد هستند.)
  • عناصر شماره گذاری شده با رنگ خاکستری ، هنوز کشف نشده‌اند (و بصورت کم رنگ نشان داده شده‌اند تا گروه شیمیایی را که در آن قرار می گیرند، مشخص نماید.(

و می توانید دراین کلید واژه جدول برای تشدید مغناطیسی را بیابید.

تعداد لایه الکترون در یک اتم تعیین کننده ردیفی است که در آن قرار می گیرد. هر لایه به زیرلایه های متفاوتی تقسیم میشود، که هر اندازه عدد اتمی افزایش می یابد، این لایه ها به ترتیب زیر:

1s
2s 2p
3s 3p
4s 3d 4p
5s 4d 5p
6s 4f 5d 6p
7s 5f 6d 7p
8s 5g 6f 7d 8p
...

براساس ساختار جدول پر میشوند. از آنجائیکه الکترونهای خارجی ترین لایه، خواص شیمیایی را تعیین مینمایند، این لایه ها در میان گروهای یکسان مشابه اند.عناصر همجوار با یکدیگر در یک گروه، علیرغم اختلاف مهم در جرم، دارای خواص فیزیکی مشابه میباشند. عناصر همجوار با یکدیگر در یک ردیف دارای جرم های مشابه ولی خواص متفاوت میباشند.

برای مثال، عناصر بسیار نزدیک به نیتروژن (N) در ردیف دوم کربن(C) و اکسیژن(O) میباشند. علیرغم تشابه آنها در جرم ( که بصورت ناچیزی در واحد جرم اتمی تفاوت دارند)، دارای خواص بینهایت متفاوتی هستند، همانطور که با بررسی فرمهای دیگر میتوان ملاحظه نمود: اکسیژن دو اتمی یک کاز است که سوختن را تشدید می نماید، نیتروژن دو اتمی یک گاز است که سوختن را تشدید نمی کند، و کربن یک جامد است که میتواند سوزانده شود( بله، میتوان الماس را سوزاند!).

در مقایسه، عناصر بسیار نزدیک به کلر (Cl) در گروه یکی مانده به آخر در جدول «هالوژن‌ها) فلوئور( F) و برم( Br) میباشند. علیرغم تفاوت فاحش جرم آنها در گروه، فرمهای دیگر آنها دارای خواص بسیار مشابه میباشند: آنها بسیار خورنده ( بدین معنی که تمایل خوبی برای ترکیب با فلزات، برای تشکیل نمک هالاید فلز)؛ کلر و فلوئور گاز هستند، درحالیکه برم یک مایع با تبخیر بسیار کم میباشد؛ کلر و برم بسیار رنگی هستند.

+ نوشته شده در  چهارشنبه نهم آذر 1390ساعت 14:36  توسط شهرزاد موسوی_ پوران لاهیجانی_فاطمه عبدا.  | 

         

آرایش الکترونی اتم ها

به کمک آرایش الکترونی یک اتم می توان  خواص فیزیکی وشیمیایی آن عنصررا پیش بینی نمود.

 الکترون هابه ترتیب افزایش انرژی دراوربیتال هاقرارمی گیرند.(طبق اصل آفبا = اصل بناگذاری ).

 دیاگرام زیراوربیتال ها رابه ترتیب انرژی نشان می دهد. هرچه الکترون به هسته نزدیک تر

می شود درسطح انرژی کمتری قرار می گیرد. به عبارتی برای جدا سازی آن ازاتم انرژی بیشتری

 نیاز است.( طبق تعریف مقدار انرژی اتم منفی است)

               انرژی یک اوربیتال تحت تاثیر عوامل زیر قرارمی گیرد.                       

1- اثر بار هسته : باافزایش پروتون ( Z ) در هسته جاذبه بین الکترون وهسته افزایش می یابد .

2- اثر حائلی : الکترون های درونی که بین هسته والکترون های بیرونی قرار می گیرند به طور

 نسبی اثر جاذبه هسته بر روی این الکترون هارا کاهش می دهند. وهم چنین الکترون هایی که

در یک زیر لایه قرار می گیرند تا حدودی حایل یکدیگر بوده واز جاذبه هسته می کاهند به طور

کلی باتوجه به اثر حائلی ٬باری که هر اتم ازطرف هسته احساس می کند بار موثر هسته ( *Z)

می نامند. که مسلما همیشه کمتر از بار هسته ( Z ) می باشد.

 3- اثر الکترون اضافی : الکترون دوم انرژی اوربیتال را٬ افزایش می دهد به مثال زیر توجه نمایید.                                        انرژی اوربیتال      H=  -1311kj mol-1               1s                                                         انرژی اوربیتال      He =  -2372 kj mol-1          1s

                                                انرژی اوربیتال      He +=  -5250 kj mol-1         1s

4- اثر شکل اوربیتال :  قدرت نفوذ الکترون در اوربیتال       s > p > d > f می باشد . اوربیتال 

 s بعلت شکل کروی که دارد تا نزدیکی هسته می تواند نفوذ کند ودرنتیجه جاذبه هسته برروی

الکترون های این اوربیتال بیشتراست درحالی که سایر  اوربیتال ها دارای صفحه گرهی می باشند

که چگالی الکترون درآن صفر است والکترون هرگز به اندازه الکترون s نمی تواند به هسته

 نزدیک شود. درنتیجه این اثر٬ سطح انرژی اصلی  به دو یاچند زیر لایه (اوربیتال های ٬٬ f )

 شکافته می شود. مثلا لایه سوم( 3= n )  دارای زیر لایه های    3s  و 3p  و 3dمی باشد .

s که کروی است دارای فقط یک اوربیتال و p که دمبلی شکل است . درسه جهت محورمختصات

 گسترش می یابد .ودارای سه اوربیتال(   px ٬ py ٬ pz )  می باشد.

d که دربین محورهای مختصات نیز نفوذ می کند دارای پنچ اوربیتال وبه همین ترتیب f دارای

 هفت اوربیتال می باشد.        

طبق اصل آفبا آرایش الکترونی اتم ها را به طریق زیر رسم می نماییم :

1- ازپایین ترین سطح انرژی الکترون ها را دراوربیتال ها قرار می دهیم . 1H: 1s1

2- طبق اصل طرد پائولی در هر اوربیتال دوالکترون بااسپین مخالف جای می گیرد.  2He:1s2  

طبق اصل پائولی تعداد اوربیتال ها درهر تراز اصلی از رابطه   (  n 2  ) که درآن  n  شماره تراز

 اصلی است به دست می آید.

3-  طبق اصل هوند اوربیتال های هم انرژی هنگامی زوج می شوند که هرکدام یک الکترون داشته

 باشند. 

   5B  :   1s22s22px1 

        6C :   1s22s22px12py1      

  7N:      1s22s22px12py12pz

    8O :  1s22s22px22py12pz1

        ّ9F:    1s22s22px22py22pz1  

   10Ne   :    1s22s22px22py22pz2

                               تعداد الکترون دراوربیتال 2 3s   سطح انرژی اصلی                       

                                                          نوع اوربیتال    

 4- به طور کلی اوربیتال هایی ابتدا الکترون می پذیرند که مجموع شماره ترازاصلی و عدد

سمتی کوچکتری (   n+l  )   داشته باشند وچنانچه مجموع این دو عدد٬ در دو اوربیتال برابر

 باشد اوربیتالی ابتدا الکترون می پذیرد که شماره ترازاصلی انرژی درآن ( n ) کوچکترباشد. 

 مثال

                                                                     3s:      n+l   =  3+ 0= 3 

                                                                     3P:     n+l   =  3+ 1= 4 

                                                                     3d:     n+1   =  3+ 2= 5

                                                                       4s:     n+l   =  4+ 0= 4 

                                                                       4P:     n+l   =  4+ 1=5 

+ نوشته شده در  چهارشنبه نهم آذر 1390ساعت 14:25  توسط شهرزاد موسوی_ پوران لاهیجانی_فاطمه عبدا.  | 

قاعده پائولی و یا قاعده غیر امکان و یا اصل طرد پائولی اصلی در مکانیک کوانتومی است که ولفگانگ پاؤلی فیزیک‌دان اتریشیی/سوئیسی در سال ۱۹۲۵ بیان کرد. این قاعدهٔ بسیار مهم می‌گوید که در یک سیستم کوانتومی، دو یا چند فرمیون همسان (مثلاً دو الکترون) نمی‌توانند همزمان حالت کوانتومی یکسانی داشته باشند. برای الکترون‌های یک اتم، این اصل می‌گوید که چهار عدد کوانتومی هیچ دو الکترونی یکی نیست، یعنی مثلاً اگر n، l و ml دو الکترون یکی باشد، ms به ناچار برای آن دو متفاوت خواهد بود (یعنی دو الکترون اسپین‌های مخالف خواهند داشت).

این اصل در شکل دقیق‌تر خود می‌گوید که تابع موج کلی برای دو فرمیون حتماً باید پادمتقارن باشد. از نتایج مهم این قاعده این است که برای فرمیون‌ها هیچ چگالشی وجود ندارد (مقایسه شود با چگالش بوز-اینشتین).

اصل طرد پاؤلی یکی از مهم‌ترین اصل‌های فیزیک است، زیرا هر سه نوع ذره‌ای که مادهٔ معمولی از آن ساخته شده است --الکترون‌ها، پروتون‌ها و نوترون‌ها-- از این اصل پیروی می‌کنند. به همین دلیل، همه ذرات مادی فضا اشغال می‌کنند. اصل طرد پاؤلی توضیح‌دهندهٔ بسیاری از ویژگی‌های ماده است؛ از پایداری مواد در مقیاس بزرگ گرفته تا وجود جدول تناوبی عناصر.

همهٔ فرمیون‌ها اسپین نیمه‌صحیح دارند، یعنی تکانه زاویه‌ای ذاتی‌ای دارند که مقدارش برابر با \hbar = h/2\pi (ثابت پلانک تقسیم بر 2π) ضرب در یک عدد نیمه‌صحیح (1/2, 3/2, 5/2, ...) است. بر اساس شکل کلی اصل طرد پاؤلی، تابع موج فرمیون‌ها پادمتقارن است. در مقابل، ذراتی که اسپین صحیح دارند بوزون نامیده می‌شوند و تابع موج متقارن دارند. اصل طرد پاؤلی برای بوزون‌ها برقرار نیست و در نتیجه چندین بوزون می‌توانند حالت کوانتومی یکسانی داشته باشند (مثلاً چگالش بوز-اینشتین را ببینید). فوتون‌ها، بوزون‌های W و Z، و جفت‌های کوپر نمونه‌ای از بوزون‌ها هستند.

پیامدها

اتم‌ها و اصل طرد پاؤلی

اصل طرد پاؤلی بسیاری از پدیده‌های فیزیک را توضیح می‌دهد. یکی از این پدیده‌ها وجود لایه‌های الکترونی در اتم‌ها و قاعدهٔ به‌اشتراک‌گذاشتن الکترون‌ها است. هر اتم خنثی چندین الکترون دارد و از آن‌جا که الکترون‌ها فرمیون هستند، اصل طرد پاؤلی نمی‌گذارد که همه‌شان در یک حالت کوانتومی به دور هستهٔ اتم جمع شوند. بنابراین الکترون‌ها یکی پس از دیگری روی هم قرار می‌گیرند. به همین دلیل عناصر شیمیایی گوناگون پدید می‌آید و پیوندهای بین آن‌ها این چنین گوناگون می‌شود.

برای نمونه، اتم هلیوم را که دو الکترون دارد در نظر بگیرید. هر دوی این الکترون‌ها می‌توانند پایین‌ترین حالت انرژی (1s) را اشغال کنند، به شرطی که اسپین‌های مخالف داشته باشند. از آن‌جا که اسپین هم جزئی از حالت کوانتومی یک اتم است، بودن این الکترون‌ها در پایین‌ترین حالت انرژی تناقضی با اصل طرد ندارد. اما اسپین یک الکترون تنها دو حالت می‌تواند داشته باشد. بنابراین در اتم لیتیوم که سه الکترون دارد، الکترون سوم نمی‌تواند در حالت پایه قرار بگیرد و باید یکی از حالت‌های پرانرژی‌تر (2s) را اشغال کند. به همین ترتیب الکترون‌های عنصرهای دیگر مجبورند سطوح انرژی بالاتر را اشغال کنند. ویژگی‌های شیمیایی هر اتم به شدت وابسته به شمار الکترون‌های بیرونی‌ترین لایهٔ آن است. این موضوع خود به پیدایش جدول تناوبی عناصر می‌انجامد.

مادهٔ چگال و اصل طرد پاؤلی

در رساناها و نیم‌رساناها، الکترون‌های آزاد همهٔ فضای بلور را دربرمی‌گیرند. از همین رو به خاطر اصل طرد پاؤلی، سطوح انرژی الکترون‌ها به شکل ساختار نواری (نوارهای مجاز و غیرمجاز) درمی‌آید.

اخترفیزیک و اصل طرد پاؤلی

نمایش شگفت‌انگیز دیگری از اصل طرد پاؤلی در اخترفیزیک و در ستاره‌های نوترونی و کوتوله‌های سفید پیش می‌آید. در این موجودات، ساختار اتمی زیر فشار وحشتناک نیروی گرانش قرار دارد. تنها نیرویی که ماده را در این اجرام از فروپاشی بازمی‌دارد، نیروی واگنی نام دارد که نتیجهٔ مستقیم اصل طرد پاؤلی است.

+ نوشته شده در  پنجشنبه سوم آذر 1390ساعت 14:32  توسط شهرزاد موسوی_ پوران لاهیجانی_فاطمه عبدا.  |