ساختار هسته ای؛ ایزوتوپ ها

ساختار هسته ای؛ ایزوتوپ ها
هسته یک اتم هم ساختار دارد؛ هسته از دو نوع ذره مختلف، پروتونها و نوترونها تشکیل شده است. الگوی آزمایش پراکندگی ذرات آلفا علاوه بر اینکه منجر به مدل هسته ای اتم شد، برای روشن شدن این ساختار هسته هم مفید شد.
یک خاصیت مهم هسته بار الکتریکی آن است. یک روش برای تعیین مقدار بار مثبت هسته آنالیز توزیع پراکندگی ذرات آلفا از ورقه فلزی است؛ همچنین آزمایشهای دیگر بار هسته را فراهم می نماید. محققین، با چنین آزمایشهایی کشف کردند که هر عنصر بار هسته ای منحصر بفردی دارد که برابر با حاصلضرب یک عدد صحیح در مقدار بار الکترون است. این عدد صحیح، که مختص یک عنصر است، عدد اتمی (Z) نامیده شده است. هسته اتم هیدروژن، که دارای مقدار بار برابر با الکترون است، کوچکترین عدد اتمی 1 را دارد.
در 1919، رادرفورد کشف کرد که هسته هیدروژن، یا آن چیزی که ما حالا پروتون می نامیم، در موقع برخورد ذرات آلفا به بعضی عناصر سبکتر نظیر تیتروژن تشکیل می شود. یک پروتون یک ذره هسته ای دارای بار مثبت برابر با بار الکترون و جرمش 1800 برابر جرم الکترون است. وقتی یک ذره آلفا به اتم نیتروژن برخورد می کند، یک پروتون از هسته نیتروژن بیرون می آید. پروتونها در هسته به هسته بار مثبت می دهد.
بنابراین عدد اتمی (Z) تعداد پروتونها در هسته یک اتم است. به علت اینکه شما می توانید بطور آزمایشگاهی عدد اتمی را تعیین کنید، شما می توانید بطور دقیقی تعیین کنید که یک نمونه یک عنصر خالص است یا شاید شما یک عنصر جدید را کشف کرده باشید. حالا ما می توانیم تعریفی از یک عنصر را با دقت زیادی بیان کنیم. یک عنصر جسمی است که همه اتم هایش عدد اتمی یکسانی را دارند. 
همچنین نوترون با آزمایشهای پراکندگی ذرات آلفا کشف شده است. وقتی فلز بریلیم تحت تابش اشعه آلفا قرار گرفته است، یک تابش نافذ از فلز بدست آمده است. فیزیکدان بریتانیایی جیمز چادویک (1974-1891) نشان داد که این تابش نافذ حاوی ذرات خنثی، یا نوترون هاست. نوترون یک ذره هسته ای دارای جرم یکسان پروتون را دارد ولی بار الکتریکی ندارد. وقتی ذرات آلفا به هسته اتم برخورد می کند، نوترون ها بیرون رانده می شوند. جدول 2. 1 جرم ها و بارهای الکترون و ذرات هسته ای، پروتون و نوترون را مقایسه می کند.
جدول 2. 1    خواص الکترون، پروتون، و نوترون
  ذره          (kg) جرم                   (amu )*              (C) جرم                             (e) بار
الکترون    ^31-10×10939/9    ^19-10×60218/1-    0/00055       l1-
پروتون    ^27-10×67262/1    ^19-10×60218/1+    1/00726       1+
نوترون    ^27-10×67493/1               0                           1/00866            0
*واحد جرم اتمی (amu) برابر با kg1/66054 ×10^-27 است. 
حالا هسته چند اتم، بطور مثال سدیم موجود طبیعی را در نظر بگیرید. هسته دارای 11 پروتون و 12 نوترون است. بدین ترتیب، بار هسته سدیم e11+ است، که ما معمولا بطور ساده ای 11+ می نویسیم که به معنی 11 واحد بار الکترون e است. بطور مشابهی آلومینیم موجود طبیعی دارای 13 پروتون و 14 نوترون است، که بار مثبت هسته e13+ است.
ما یک هسته را با عدد اتمی (Z) و عدد جرمیش (A) مشخص می کنیم. عدد جرمی (A) عدد کل پروتونها و نوترونها در هسته است. هسته سدیم طبیعی موجود عدد اتمی 11 و عدد جرمی 23 (12+11) دارد.
هسته یک اتم با عدد اتمی و عدد جرمی مشخص می شود. نماد مختصر نویسی شده برای هر هسته حاوی نماد عنصر با عدد اتمی نوشته شده به صورت زیر نویس در چپ و عدد جرمی به صورت بالا نویس در چپ است. شما نماد هسته ای برای هسته سدیم موجود طبیعی را به صورت ذیل می نویسید.

یک اتم معمولا بطور الکتریکی خنثی است، بنابراین الکترون های اطراف هسته اتم به تعداد پروتونهای هسته اتم است: که تعداد الکترونها در یک اتم خنثی برابر عدد اتمی است. یک اتم سدیم هسته اش بار 11+ دارد، و اطراف این هسته 11 الکترون (با بار 11-، اتم با بار 0) وجود دارد.
همه هسته های اتم عناصر خاص عدد اتمی یکسان دارند، ولی ممکن است هسته اتم عدد جرمی متفاوت داشته باشد. ایزوتوپها اتم هایی هستند که هسته های اتم عدد اتمی یکسان ولی اعداد جرمی متفاوت دارند؛ که هسته به تعداد یکسان پروتون دارد، ولی تعداد نوترونها متفاوت است. سدیم فقط یک ایزوتوپ موجود طبیعی دارد، که ما همان نماد که برای هسته استفاده کردیم، مشخص می کنیم؛ همچنین ما آن را ایزوتوپ سدیم-23 می نامیم. اکسیژن موجود طبیعی مخلوطی از ایزوتوپ ها است: حاوی 99/759% اکسیژن-16، 0/037%اکسیژن-17، و 0/204% اکسیژن-18 است.
ایزوتوپ ها برای اولین بار در حدود 1912 مورد شک قرار گرفتند وقتی عناصر شیمیایی یکسان با عدد های جرمی متفاوت در مواد رادیواکتیو پیدا شده بودند. گرچه، مدرک خیلی متقاعد کننده از طیف سنج جرمی، بدست آمده بود.
شکل زیر ممکن است به شما برای تجسم کردن ارتباط میان ذرات زیر اتمی متفاوت در ایزوتوپهای یک عنصر کمک کند. اندازه هسته ها نشان داده شده در شکل به منظور نشان دادن تعداد پروتونها و نوترونها خیلی بزرگنمایی شده است. در حقیقت، فضای گرفته شده با هسته در مقایسه با ناحیه اشغال شده با الکترونها کوچک است. گرچه، الکترونها ذرات خیلی سبک هستند، در کل نسبتا ناحیه پخش شده بزرگ، یا "لایه های" اطراف هسته یک اتم حرکت می کنند.

 
شکل 2. 9
نمایشی از دو ایزوتوپ کربن 
شکل ذرات اصلی سازنده ایزوتوپهای کربن-12 و کربن-13 را نشان می دهد. (اندازه های نسبی در اینجا خیلی بزرگنمایی شده است.)

http://khaneashimiardabil

مدل هسته ای اتم

مدل هسته ای اتم

ارنست رادرفورد (1937-1871)، فیزیکدان بریتانیایی، ایده جدید مدل هسته ای اتم را در 1911 بر اساس آزمایشهای انجام گرفته در آزمایشگاهش توسط هانس گیگر و ارنست مارسدین ارائه کرد. این دانشمندان اثر بمباران ورق نازک طلا (و صفحات فلزی دیگر) با اشعه آلفا تولید شده از مواد رادیو اکتیو نظیر اورانیوم (شکل 1) را مشاهده کردند. قبلا رادرفورد نشان داده بود که اشعه آلفا شامل ذرات باردار مثبت است. گیگر و مارسدین دریافتند که اغلب ذرات آلفا از میان صفحه فلزی عبور کردند و در نتیجه در قسمتهایی که عبور انجام گرفت چیزی وجود ندارد. ولی تعدادی (تقریبا 1 در 8000) با زوایای بزرگ پراکنده و کمی هم برگشتند.
مطابق با مدل رادرفورد، اغلب جرم اتم (99/95% یا بیشترش) در مرکز با بار مثبت، یا هسته، که اطرافش الکترون با بار منفی حرکت می کند، متمرکز شده است. با وجود اینکه قسمت اعظم جرم یک اتم در هسته اش است، هسته فقط قسمت خیلی کوچکی از فضای اتم را اشغال می کند. هسته قطر حدود  pm 10^-3 ) m 10^-15) دارد، در حالیکه قطر اتمی m 10^-10، صد هزار مرتبه بزرگتر است. اگر شما از توپ گلف برای نشان دادن هسته استفاده نمایید، قطر اتم حدود 3 مایل خواهد شد.

 
شکل 1
پراکندگی ذرات-آلفا از ورقه های فلزی
اشعه آلفا از منبع رادیواکتیو تولید شده و با یک صفحه سربی دارای سوراخ به صورت پرتو درآمده است. (سرب اشعه را جذب  می کند.) ذرات آلفا پراش شده با سطح روی سولفید مرئی شده اند، که به صورت تشعشع های ریز منتشر می شوند وقتی که ذرات به آن برخورد می کنند. یک میکروسکوپ متحرک برای دیدن تشعشع ها استفاده شده است.

مدل هسته ای اتم به راحتی نتایج بمباران کردن ورقه طلا و سایر ورقه های فلزی را با ذرات آلفا توضیح می دهد. ذرات آلفا خیلی سبکتر از اتم های طلا هستند. (ذرات آلفا هسته هلیم هستند.) بیشتر ذرات آلفا از میان اتم های فلزی بدون منحرف شدن با الکترون های سبک وزن عبور می کنند. گرچه، وقتی یک ذره آلفا به هسته اتم فلزی اصابت می کند، با یک زوایه وسیع پراکنده می شود، زیرا که با هسته با بار مثبت بزرگ منحرف می شود (شکل 2).

 
شکل 2
نمایش پراکندگی ذرات-آلفا با ورقه طلا
بیشتر ذرات آلفا از ورقه بدون انحراف عبور می کنند. گرچه تعداد کمی از ذرات آلفا با هسته برخورد کرده و با زاویه بزرگ پراکنده شده اند. (اندازه نسبی هسته کوچک تر از اینی است که ذر اینجا نشان داده شده است.)

http://khaneashimiardabil

نظریه اتمی دالتون

فرضیه های نظریه اتمی دالتون 

نکته های اصلی نظریه اتمی دالتون، توضیحی از ساختار ماده با اصطلاحی از ترکیب های متفاوت از ذرات خیلی ریز است، که با فرضیه های ذیل ارائه شده اند:
1.    همه مواد از اتم های غیر قابل تفکیک تشکیل شده اند. یک اتم یک ذره خیلی کوچکی از ماده است که در هنگام واکنش شیمیایی هویت خود را حفظ می کند 
2.    یک عنصر نوعی از ماده است که فقط از یک نوع اتم تشکیل شده است، هر اتم از نوع معین خواص یکسانی دارند. جرم یکی از این خواص است. بدین ترتیب، اتم های یک عنصر مشخص جرم خاصی دارند. 
3.    یک ترکیب نوعی ماده است که از اتم های دو یا چند عنصر به صورت شیمیایی با نسبت های ثابت تشکیل شده است. اعداد نسبی هر دو نوع اتم در یک ترکیب در نسبت های ساده وجود دارد، برای مثال، آب، ترکیبی از عنصرهای هیدروژن و اکسیژن با نسبتهای 2 به 1 است.
4.     یک واکنش شیمیایی آرایش مجدد اتم های موجود در اجسام واکنش دهنده برای بدست آمدن ترکیبات شیمیایی جدید حاضر در اجسام تشکیل شده با واکنش است. در واکنش شیمیایی اتم ها نه بوجود می آیند، نه از بین می روند، نه به ذرات کوچکتر تفکیک می شوند.

امروزه ما می دانیم که تفکیک نا پذیری اتم ها صحیح نیست و خود اتم از ذرات ریز تشکیل شده است. 

 

تصویر اتم های ید در سطح فلز پلاتین
این تصویر سطحی رایانه ای یا میکروسکوپ عبوری روبشی بدست آمده است؛ رنگ با رایانه به تصویر اضافه شده است. اتم های ید با قله های بزرگ صورتی هستند.

http://khaneashimiardabil.ir

کشف تصادفی یک آبی خوشرنگ

 

رنگدانه آبی

از رنگ آبی به عنوان یک تسکین دهنده , خنکی , پاکی و صلح نام می برند !

شیمیدانان در دانشگاه ایالتی اورگن (OSU) به طور تصادفی موفق به کشف رنگدانه جدیدی از رنگ آبی شده که این دستاورد را روانه بازار کردند.

این شیمیدانان نام این رنگ جدید آبی را “YInMn ” گذاشتند که نام عناصر تشکیل دهنده آن است و پیشتر در سال 2009 کشف شده بود.

این رنگدانه جدید توسط یک ساختار بلوری منحصر به فرد تشکیل شده که به یون‌های منگنز اجازه جذب طول موج قرمز و سبز نور را می‌دهد، در حالی که تنها رنگ آبی را منعکس می‌کند.

 

این رنگ آبی بسیار بادوام بوده و ترکیبات آن بسیار پایدار است وحتی در آب و روغن از بین نرفته و هرگز محو نمی‌شود.

نکته قابل توجه و بسیار حائز اهمیت درباره این رنگدانه این است که کاملا غیر سمی بوده و این امر نشان دهنده این است که رنگدانه‌های زیادی در خانواده رنگدانه‌های معدنی وجود داشته که هنوز کشف نشده‌اند.

علاوه بر موارد استفاده در رنگ و مواد پلاستیکی، می‌توان از این رنگدانه در بام ساختمان‌ها استفاده کرد زیرا این رنگدانه پرتو مادون قرمز را بیش از حدود 40 درصد منعکس کرده که این میزان در مقایسه با سایر رنگدانه‌ها به مراتب بسیار بالا است.

این رنگدانه با منعکس کردن نور مادون قرمز، به خنک نگه داشتن ساختمان‌ها کمک می‌کند. تولید این ماده بسیار آسان بوده و در حال حاضر یکی از بهترین گزینه‌های بهره‌وری انرژی است.

http://khaneashimiardabil.ir