مقدمه
تعريف علم شيمي
شيمي علمي است زنده و پويا كه ويژگيهاي كمي و كيفي ساختارمواد و چگونگي تغيير و تبديلات آنها را بيان مي كند.
دوره هاي تكاملي شيمي
۱-دوره تجربي
تا ۶۰۰ سال پيش از ميلاد، انسان به طور تجربي به ساخت ظروف سفالي و مسي و پختن نان و دارو مي پرداخت بدون اينكه بدانند در فرايندهاي فوق چه اتفاقاتي مي افتد.
۲-دوره فلسفه يوناني و استحاله

اساس عملكرد يونانيان تلاش براي پيدا كردن اصولي بود كه طبيعت را بهتر بشناسند. در اين راستا دو نظريه در آن زمان اهميت داشت.
الف:نظريه تشكيلات چهار تائي
بر اساس اين نظريه كليه مواد، به نسبتهاي مختلف از چهار عنصر “آب، هوا، آتش و خاك” تشكيل شده اند.

ب:نظريه استحاله
يونانيان عقيده داشتند كه ماده از واحدهايي به نام اتم تشكيل شده اند كه شكل اتمها در هر ماده با ماده ديگر متفاوت بوده و با تغيير دادن شكل اتمها مي توان عنصري را به عنصر ديگر تبديل كرد كه به آن استحاله مي گفتند برخي استحاله را بدون اعتقاد به وجود اتم قبول داشتند.
۳-دوره كيمياگري

از۳۰۰ سال پيش از ميلاد تا سال۱۶۵۰ ميلادي روش تجربي باستانيان و آيين فلسفي يونان درهم آميخت و كارهاي زيادي نظير تقطير،تبلور،تصعيد صورت گرفت.در آن زمان عقيده بر اين بود كه فلزات در طبيعت همواره به يكديگر تبديل مي شوند بخصوص فلزات سعي بررسيدن به كمال خود يعني طلا را دارند و كلاً عامل اين تغييرات را

سنگ فلسفه مي خواندند كه بعدا”توسط اعراب اكسير ناميده شد.
۴-دوره فلوژيستون (Phlogiston)
از سال ۱۶۵۰ تا ۱۷۹۰ ميلادي عقيده بر اين بود كه مواد قابل احتراق داراي يك عنصر آتشين (فلوژيستون) مي باشند كه در پديده احتراق به واسطه گري هوا از ماده خارج ميشود. مثلا” زغال كه يك ماده قابل احتراق است مقدار زيادي فلوژيستون دارد كه به هنگام سوختن زغال از آن خارج شده و خاكستر را به وجود مي آورد كه زغال بدون فلوژيستون است پس بر اساس اين عقيده زغال عبارتست از”خاكستر+ فلوژيستون”
مقدارزيادي فلوژيستون + خاكستر زغال

رابطه سوختن زغال امروزه به اين صورت نوشته مي شود: گازهاي اكسيژن دار+خاكستر اكسيژن هوا+زغال
طبق نظريه فلوژيستون موادي كه قابليت احتراق آنها ناچيز است نظير فلزات فلوژيستون آنها نيز كم است.وقتي فلزي در هوا بسوزد به calx [اكسيد فلز] و مقدار كمي فلوژيستون تبديل ميشود.
مقداركمي فلوژيستون + كالكس فلز فلز

برعكس رابطه فوق براي بدست آوردن فلز خالص،كالكس را با زغال مي گداختند و اعتقاد بر اين بود كه فلوژيستون زغال به كالكس كه از اين نظر فقير بود منتقل مي شود و لذا زغال به خاكستر وكالكس به فلزتبديل مي شود .خاكستر زغال + فلز زغال+ كالكس فلز

برطبق نظريه فلوژيستون تركيب هر فلز عبارت بود از: “كالكس+ فلوژيستون” و اعتقاد بر اين بود كه تصعيد موجب مي شود كه فلوژيستون از فلز خارج شود.همچنين عقيده داشتند كه كربن غني ازفلوژيستون است و ميتواند بجاي فلوژيستون با كالكس تولي

د فلز را بنمايد.
فلوژيستون ‍[كه توسط هوا خارج مي گردد]+كالكس فلز
گاز كربن مونواكسايد + فلز كالكس + كربن
۵-دوره شيمي نوين
اين دوره از سال ۱۷۹۰ و با قانون بقاي جرم لاوازيه شروع شد و تاكنون در رشته هاي زيرين تكامل زيادي رخ داده است.
الف: شيمي آلي _ كه شيمي تركيبات كربن است و اصطلاح آلي نشأت گرفته از تصوري است كه آن را برگرفته از منابع آلي گياهي يا حيواني مي دانستند.
ب: شيمي معدني _ كه كليه عناصر بجز كربن را شامل مي شوند. برخي از مواد مثل كربنات يا دي اكسيد كربن را از قديم جزء مواد معدني مي دانستند.

ج: شيمي تجزيه _ كه علم شناسايي كيفي و كمي اجزاء سازنده مواد است.
ه: بيوشيمي _ كه عبارتست از مطالعه شيمي سيستمهاي زنده گياهي و جانوري.

انواع ماده

ماده

ماده عبارتست از هر چيزي كه فضا را اشغال كند و جرم داشته باشد .ماده همواره تمايل دارد كه وضع خود را حفظ نمايد يعني اگر ساكن است ساكن بماند و اگر در حال حركت يكنواختي است به حركت خود ادامه دهد به اين خاصيت ماده اينرسي [ ماند =inertia ] ميگويند.اينرسي هر جسم بستگي تام به ماده پركننده آن جسم دارد مثلاً اينرسي يك گوي آهني خيلي بيشتر از اينرسي يك توپ است. لذا نيروي لازم براي به حركت در آوردن و يا متوقف كردن آنها نيز فرق مي كند. جرم هر جسم نيز عبارتست از مقدار ماده اي كه در آن انباشته شده است. پس هر چقدر اينرسي بيشتر باشد جرم نيز بيشتر خواهد بود. وزن هر جسم با جرم آن فرق دارد زيرا وزن يك جسم از جنس نيرو است و عبارتست از برايند نيروهايي كه از طرف زمين بر ذرات آن وارد مي شود و بنابراين در نقاط مختلف زمين وزن اجسام متفاوت خواهد بود در حالي كه جرم يك جسم عمدت‍اً ثابت است. اگر شتاب جاذبه برجسم در نقطه اي از زمين g باشد وزن جسمي به جرم( m ) برابر است با: w = m . g
ماده به دو دسته خالص و مخلوط تقسيم مي شود. فرمي از ماده را كه تركيب ثابت و خواص مشخص داشته باشد جسم خالص ياpure substance مي گويند و اكثراً كلمه pure را ذكر

نميكنند.نظير اكسيژن، مس، آب، نمك طعام … مثلاً آب در هر حالتي از دو اتم هيدروژن و يك اتم اكسيژن ساخته شده است. اگر جسم خالصي بتواند به اجسام ساده تر از خود تبديل شود به آن مركب ( compound ) مي گويند [مثل آب و نمك طعام] لكن اگر قابل تجزيه نباشد به آن عنصر ( element ) گفته مي شود [نظير اكسيژن و مس]. عناصر توسط نمادهاي بين المللي مشخص مي

شوند.ممكن است نام عنصر از زباني به زبان ديگر فرق كند مثلاً نيتروژن به زبان ايتاليايي AZOTO و به آلماني اش تيكش توف ( stiekstoff ) گفته مي شود.لكن نماد آن در هر دوزبان” N “ مي باشد.
اگر دو يا چند عنصر و يا تركيب با خواص مختلف به گونه اي با هم مخلوط شوند كه هر يك از آنها آثار خود را حفظ نمايد به اين فرايند مخلوط ( mixture ) مي گويند كه ممكن است غير يكنواخت (ناهمگن) و يا يكنواخت (همگن) باشند.مخلوط يكنواخت را solution ميگويند [اگر چه برداشت ما از كلمه solution يك مايع است] به هر حال solutionميتواند به سه حالت گاز [ مخلوط اكسيژن ، نيتروژن و…….. در سولوشن هوا ] و يا جامد [مخلوط انواع چربيها در سولوشن موم] و يا مايع

[مخلوط آب و شكر در سولوشن شربت]وجود داشته باشد. به مخلوط همگن درآب، محلول مايي aqueous solution مي گويند. در مخلوط همگن مواد چنان يكديگر را در بر مي گيرند كه در حال حاضر راهي وجود ندارد كه بتوانيم با يك نگاه مخلوط همگن (solution) را از ماده مركب (compound) تشخيص دهيم.

فرق مخلوط همگن و ناهمگن

 

نام مخلوط مواد مخلوط شونده نسبت مواد در تمامي قسمتهاي مخلوط مثال
ناهمگن (غير يكنواخت) قابل رؤيت است متفاوت است شن و آب
همگن يكنواخت ديده نمي شوند برابر است شكر و آب

فرق مخلوط و مركب
۱-مخلوط را به هر نسبتي مي توان تهيه كرد مثلاً اگر گوگرد و براده آهن را روي هم بريزيم مخلوطي به دست مي آيد كه نه رنگ آهن را دارد و نه رنگ گوگرد را. اگر براده آهن را بيشتر بريزيم مخلوط خاكستري مي شود و اگر گوگرد زيادتري را استفاده كنيم مخلوط به رنگ زرد در مي آيد. لكن در مركب آب همواره بايد دو مولكول هيدروژن و يك مولكول اكسيژن شركت نمايد.
۲- خواص اجسام در مخلوط ثابت مي ماند در حاليكه در مركب از بين مي رود. مثلاً در مثال فوق اگر آهن ربايي به مخلوط نزديك شود براده هاي آهن را از مخلوط به خود جذب مي كند در حاليكه اگر ۴ گرم از گوگرد را با۷ گرم آهن حرارت بدهيم جسم مركبي به دست مي آيد كه نه خاصيت آهن را دارد و نه خاصيت گوگرد را.به طوريكه اگر آهن ربا را به آن نزديك كنيم اتفاقي نمي افتد.
۳-اجسام مخلوط را به آساني به طرق مختلف فيزيكي مي توان از مخلوط جدا كرد لكن مواد سازنده اجسام مركب را به آساني نمي توان از آن تفكيك نمود و روش هاي شيميايي خاصي براي اين كار لازم است.

 

ارقام با معني significant figures
در هر اندازه گيري، ارقام ارائه شده بايد با صحت (Accuracy) و دقت (Precision) همراه باشد. اگر وزن جسمي با ترازويي كه دقت آن ۰۰۰۱/۰ است برابر باشد با ۲۴۰۷/۲ تمام ارقام اين عدد “بامعني “است اين ترازو تا ۴ رقم بعد از اعشار را اندازه مي گيرد. البته صحت آخرين عدد[۷]با ترديد تلقي مي شود زيرا اين ترازو، چهارمين رقم اعشاري را بين يك واحد بالاتر يا پائين تر از آن نشان مي دهد .در واقع براي نشان دادن دقيق ترين وزن جسم فوق بايدعدد مربوطه را با ضريب دقت بنويسيم مثل [۰۰۰۱/۰ + ۲۴۰۷/۲]. با توجه به دقت ترازويمان، نه مي توانيم جلو عدد ۷ صفري بگذاريم و نه اگر بجاي ۷ صفر بود آن صفر را حذف كنيم.
عمليات رياضي:
براي نوشتن پاسخ جمع يا تفريق چند عدد بايد تعداد عدد اعشاري را بر حسب كوچكترين عدد اعشاري داده مسأله انتخاب كرد مثلاً در مورد جمع ۸/۶۴ = ۳/۱+ ۵۲/۳۷ +۰۱۷/۲۶ پاسخ را تا يك رقم اعشاري مي نويسيم [زيرا كوچكترين عدد اعشاري داده مسأله (۳/۱) داراي يك رقم اعشار است]. در ضرب و تقسيم هم به تعداد ارقام بامعني كه عدد با كمترين دقت موجود در مسأله دارد، ارقام پاسخ مسأله را تعيين مي كنند. مثلاً حجم مستطيل به ابعاد ۲۲۱/۶ و ۲/۵ سانتي متر پاسخ مي شود ۳۲ متر مربع زيرا ارقام با معني كوچكترين عدد مسأله [۲/۵] دو رقم است.
قانون صفرها:
۱-تمام اعداد صحيح غير صفر با معني هستند.
۲-تمام صفرهايي كه سمت چپ اولين عدد غير صفر قرار دارند معني دار نيستند زيرا صرفا ًبراي مشخص كردن محل مميز به كار مي روند مثلاً در شماره ۰۰۸۹/۰ ، دو رقم ۹و۸ و در شماره
۰۰۵۶۷/۰ سه رقم ۵ و۶ و ۷ معني دار هستند.

۳-صفرهاي بين دو عدد صحيح، بامعني به شمار مي آيند مثلاً در شماره ۰۸/۲۰۷ در واقع ۵ رقم بامعني داريم و در شماره ۰۴۰۱/ ۰سه رقم با معني.
۴-تمام صفرهاي انتهاي ارقام داراي اعشار معني دار هستند مثلاً شماره ۰۷۰/۳۴ داراي ۵ رقم معني دار است و ۰۶۷۰/۰ داراي سه رقم معني دار مي باشد. در مورد شماره /۴۰۰ هم كه به ندرت به اين صورت مصرف مي شود سه رقم معني دار وجود دارد .

۵-صفرهاي سمت راست اعدادصحيح مي توانند بامعني و يا بدون معني باشند. براي حل اين مشكل شماره مربوطه را به صورت تواني از ۱۰ و يك رقم در سمت چپ مميز نشان ميدهند. مثلاً شماره ۶۰۰ بسته به اينكه ۱ يا۲ ويا۳ رقم بامعني داشته باشد به صورت ۱۰۲ ×/۶ يا ۱۰۲ ×۰/۶ و يا ۱۰۲ ×۰۰/۶ نوشته مي شود

.۶- شمارهايي كه قبل از مميز چندين صفر دارند، تمامي ارقام قبل از مميز آنها بامعني هستند ولي چنانچه از مميزاستفاده نشده باشد در اين صورت صفرها بامعني نخو اهند بود مثلاً/۲۰۰ سه رقم با معني داردو ۲۰۰ يك رقم.

گرد كردن يا سرراست كردن اعداد اضافي
ROUNDING OFF UNNECESSARY FIGURES

براي سرراست كردن [گرد كردن] شماره ها، آن تعداد از اعداد با معني كه مورد نظرمان است، آنها را حفظ كرده بقيه را حذف مي كنيم. اگر عدد حذف شده ۵ بوده و بعد از آن رقمي نباشد و يا فقط عدد صفر باشد، در آن صورت پس از حذف ۵ ، چنانچه عدد ما قبل ۵ [كه اينك باقيمانده] فرد باشد، يك واحد به آن اضافه مي گردد و اگر زوج باشد، تغييري در باقي مانده نميدهد. مثلاً وقتي دو رقم با معني براي ما مطرح باشد دو شماره ۷۵۰/۴ و ۸۵۰/۴ هر دو به صورت سر راست ۸/۴ نوشته مي شوند. اگر رقم حذف شده بزرگتر از ۵ باشد به رقم باقي مانده يك واحد اضافه مي شود مثلاً براي شماره ۵۶۴۷/۷ اگر ۴ رقم با معني در نظر باشد ، اين شماره خواهد شد ۵۶۵/۷ و براي شماره ۲۵۰۱/۶ تا دو رقم بامعني اين شماره مي شود ۳/۶ و اگر رقم حذف شده كوچكتر از ۵ باشد بدون تغييري در باقي مانده ارقام ناخواسته حذف مي گردد. مثلاً عدد ۶۲۴۷/ ۳ با سه رقم بامعني خواهد شد ۶۲/۳ .

محاسبات شيميايي
براي محاسبات شيميايي ازضريب تبديل به شرح زير استفاده مي شود.
۱- براي نوشتن ضريب، كسري را مي نويسيم كه صورت و مخرج آن واحدهاي معادل از يك مقياس اند مثلاً يك متر كه ۱۰۰ سانتي متر است برحسب مورد ۱ در صورت (و يا مخرج) و ۱۰۰ در مخرج (يا صورت) نوشته مي شود.
۲- نشانه واحد هم به همراه عدد بايد نوشته شود مثلاً:
۳- طرح محاسبه را به صورت زير نوشته اعداد را جايگزين مي كنيم
ضريب تبديل× عدد داده مسأله= عددخواسته مسأله
۴- نشانه واحدها طوري بايد نوشته شود كه جملگي از صورت و مخرج حذف شده و در پايان فقط يك نشانه باقي بماند [به استثناي محاسبات مربوط به نسبتها كه دو نشانه در پايان باقي خواهد ماند].
۵- اگر [به غير از محاسبات نسبتها] بيش از دو نشانه از واحدها باقي ماند، يا اصلاً نشانه اي باقي نماند حتماً در حل مسأله اشتباه شده است.
مثال:
۸ متر چند اينچ است؟
حل ميدانيم كه ۱ inch = 2.54cm 1m= 100 cm

Inch =315 = X = 8mXاينچ؟

 

مثال:
۸۷/۷ اينچ چند سانتي متر است ؟
حل : ميدانيم كه۱ inch = 2.54 cm در رابطه طرح محاسبه بايد عكس نسبت بالا را بنويسيم تا اينكه بتوانيم واحدهاي هم نام صورت و مخرج را حذف كنيم

=۲۰ cm =7.87 inch X سانتي متر؟

درصدها
همان طوري كه مبحث قبلي ضريب تبديل را از واحدهاي معادل بدست مي آورديم مثلاً ميگفتيم در هر يك متر ۱۰۰ سانتي متر موجود است در مورد درصد مواد هم به همين طريق ميتوان ضريب تبديل را نوشت مثلاً وقتي سكه اي از ۷۵% مس و ۲۵% نيكل ساخته شده يعني در هر ۱۰۰ گرم آلياژ سكه ۷۵ گرم مس موجود است [و همينطور ۲۵ گرم نيكل] به عبارت ديگر۱۰۰گرم آلياژ معادل است با۷۵ گرم مس يا ۲۵ گرم نيكل. علامت “معادل است” رابا نشان مي دهند ۱۰۰ g 75 g cu آلياژ
۱۰۰ g 25g Ni آلياژ
مثال :
براي تهيه آلياژي از ۷۵% مس و ۲۵% نيكل چند گرم نيكل را به ۰/۵۰ گرم مس اضافه كنيم؟
حل : طرح محاسبه را مي نويسيم و بعد ضريب تبديل مناسب را انتخاب مي كنيم و در پايان اعداد را جايگزين مي نمائيم.

ضريب تبديل × داده مسأله = خواسته مسأله
چون داده مسأله مس وخواسته نيكل است ضريب تبديل بايد انتخاب شود .
= ۱۶٫۷ g Ni ? Nig = 50gCu .

مثال :
نقره استرلينگ مركب است از ۵/۹۲ % نقره و مقداري مس .از۰۰ /۳ كيلو نقره خالص چند كيلو نقره استرلينگ مي توان ساخت ؟
حل : طرح محاسبه را مي نويسيم و پس از انتخاب ضريب مناسب، اعداد را جايگزين مي كنيم ضريب تبديل × داده مسأله = خواسته مسأله
چون داده مسأله نقره وخواسته، استرلينگ است ضريب مناسب خواهد شد استرلينگ = ۳٫۲۴ kg = 3.00 kg Ag xكيلوگرم نقره استرلينگ؟

نسبت ها
گاهي نسبت يك واحد به واحد ديگر را در دست داريم مثل مقدار جرم يك ماده در واحدي از حجم يا سرعت، خواندن كتاب در واحدي از زمان و مي خواهيم اين نسبت را در واحدهاي ديگر به دست آوريم مثلاً جرم ماده اگر در نسبت قبلي به گرم بوده است اينك به كيلو و واحد حجم اگر به cm3 بوده است اينك به m3 داشته باشيم در اين حالت نسبت خواسته مسأله را با واحدهاي مربوطه مي نويسيم سپس ضريب تبديل هاي مناسب را از داده هاي مسأله انتخاب و در پايان اعداد را در طرح محاسبه قرار ميدهيم.
مثال :
اتومبيلي ۱۶ كيلو متر را در ۱۳ دقيقه طي مي كند سرعت آن چند كيلو متر در ساعت است؟
ضريب تبديل × داده مسأله = خواسته مسأله
چون واحد داده مسأله دقيقه و واحد خواسته ساعت است بايد ضريب تبديل ساعت به دقيقه را منظور نمائيم.

=۷۴ x =

چگالي
ضريب تبديل نسبتي فوق كاربرد زيادي دارد مثلاً در محاسبه چگالي اجسام يا در واقع محاسبه نسبت جرم به حجم آنها به كار مي رود. براي محاسبه چگالي (Den sity) واحد حجم را در مورد جامدات cm3 يا m3 براي مايعات ml و براي گازها ليتر در نظر ميگيرند = چگالي چگالي اجسام محاسبه شده و در جداول مرجع موجود است مثلاً در ۲۵ بر حسب چگالي هوا۰۰۱/۰ ،آب ۱، نمك طعام ۱۶/۲، آهن ۹/۷ و طلا۳۲/۱۹ مي باشد. يادآور مي شود كه نمي توانيم بگوييم كه آهن سنگين تر ازهوا است زيرا يك كيلوگرم آهن درست مساوي يك كيلوگرم هوا مي باشد ولي آهن حجم كمتري را اشغال ميكند به عبارت ديگر چگالي آهن بيشتر از هوا است.

مثال ۱- براي آزمايشي g0/ 15 اتانول لازم است اگر چگالي آن g/ml 789/0 باشد چند ميلي ليتر اتانول بايد تهيه نمود ؟ ml 19 V= = 0.789 =چگالي
مثال۲- وزن يك تاج g 0/1325 وحجم آن cm3 0/124 است چگالي تاج چقدر است آيا تاج طلاي خالص است ؟ [چگالي طلا=g 32/19 ]
=10.69 =چگالي

چون چگالي به دست آمده از چگالي طلا [۳۲/۱۹] خيلي كمتر مي باشد نتيجه اينكه به تاج فلزات كم عيار اضافه شده است.

واحدهاي اندازه گيري = SI
( Systeme International d unites = International System )

در حال حاضر بر اساس رأي سازمان بين الملي واحدها در فرانسه، در سيستم تكميل شده متريك قبلي (metric) كه اينك SI unites ناميده مي شود ۷ واحد اصلي اندازه گيري در نظر گرفته شده است تعدادي هم واحد فرعي وجود دارد كه مشتق از واحدهاي اصلي هستند. مثلاً واحد سرعت عبارتست از متر بر ثانيه كه برگرفته از واحد اصلي طول [متر] و واحد اصلي زمان [ثانيه] است. بعلاوه اينكه براي مقادير بزرگ و يا كوچك هم واحدهايي با پيشوندهاي مربوطه مشخص شده است.
كميت فيزيكي نام واحد نماد
________________________________________________________________
جرم mass كيلوگرم kilogram kg
طول length مترm meter
زمان time ثانيهseeond s
دما temperature كل وين Kelvin K
جريان الكتريسيتهelectric current آمپر ampere A
مقدار ماده خالصamount of substabce مولmole mol
شدت روشنايي luminos intensity شمعeandela ed

اندازه ۱۰-۱۲ ۱۰-۹ ۱۰-۶ ۱۰-۳ ۱۰-۲ ۱۰-۱ ۱۰۱ ۱۰۲ ۱۰۳ ۱۰۶ ۱۰۹
پيشوند Pico Nano Micro Mili Centi Deci Deca Hecto Kilo Mega Giga
نماد G p n μ m c d da H K M

برخي ازواحدهاي غير SI

 

SIتبديل برخي از واحدهاي انگليسي به

درشيمي SIبرخي از واحدهاي

فصل –دوم
ساختمان اتم

نظريه اتمي دالتون Douton,s Atomic Theory
بر اساس فرضيه Democritus و ديگر دانشمندان يوناني، تا سال ۱۸۰۳ چنين عقيده اي رايج بود كه هر ماده پس از تقسيم شدن پي در پي، بالاخره به اتم مي رسد كه غير قابل تقسيم شدن است .در اين سال دالتون نظريه كاملتري را به شرح زير ارائه نمود :
۱- هر عنصر از ذرات بسيار ريز به نام اتم درست شده كه تقسيم ناپذير است.
۲- جرم و تعداد اتم هاي موجود در يك عنصر با هم يكسان هستند ولي اتم هاي يك عنصربا عنصر ديگر تفاوت دارد.

۳- در واكنشهاي شيميايي هيچ اتمي به اتم ديگر تبديل نمي گردد، هيچ اتمي خود به خود ساخته نمي شود، هيچ اتمي از بين نمي رود فقط اتم ها از هم جدا مي شوند و يا به هم مي پيوندند.
۴- يك ماده مركب، از پيوستن اتمهاي دو يا چند عنصربوجود مي آيد و در چنين ماده اي تعدادونوع اتمها همواره ثابت است.
موارد ماندگار از نظرية دالتون
قانون بقاي جرم، قانون نسبتهاي معين، قانون نسبتهاي چند برابر.

موارد رد نظريه دالتون
۱- اتم قابل تجربه است [انتشارسه نوع اشعه ازموادراديواكتيونشان مي دهدكه اتم را ميتوان به ذرات الكترون وپروتون ونوترون تجزيه كرد].

 

۲- جرم اتمهاي يك عنصر مي تواند متفاوت باشد [ايزوتوپ هاي برخي از عناصر، جرم اتمي متفاوت دارند].

موارد نقص نظريه دالتون
در نظريه دالتون از ظرفيت، خاصيت الكتريكي مواد وتغيير رفتار عناصر در گروه ها ودورهاي جدول تناوبي بحثي نشده است .

قانون بقاي جرم (پايستاري) لاووازيه Law of conservation of matter
در فرايندهاي شيميايي نه اتمي ايجاد مي شود ونه ازبين مي رود، فقط اتم ها جابجا مي شوند در نتيجه جرم كل اتم هايي كه وارد واكنش مي گردند با جرم كل محصولات واكنش برابر خواهد بود . اين قانون با اصل سوم دالتون همخواني دارد.

قانون نسبت هاي معين پروست Law of constant composition
عناصر سازندة يك ماده مركب خالص معين از لحاظ تعداد و جرم اتم هاي شركت كننده در آن، داراي نسبتي هستند كه همواره ثابت است. مثلاً چنانچه آب را به هر مقدار و به هر روش تجزيه كنيم در همه حال وزن اكسيژن آن ۸۱/۸۸% و هيدروژن آن ۱۹/۱۱% خواهد بود. اين قانون با اصل چهارم دالتون همخواني دارد.
قانون نسبت هاي چند برابر Law of multiple proportion
دالتون از نظريات مطروحة خود قانون “نسبت هاي چندبرابر” را نيز استنتاج نمود به اين ترتيب كه: اگر جرم ثابتي از عنصر A با جرم هاي متفاوتي از B تركيب شود. نسبت جرم هاي متعدد Bبا يكديگر اعدادي صحيح، ساده و كوچك است. مثلاً دو گرم هيدروژن با ۱۶ گرم اكسيژن توليد آب و با ۳۲ گرم اكسيژن پرهيدرول [اكسيژن پراكسايد] را مي نمايد كه نسبت ۳۲ به ۱۶ يعني ۲، عددي است صحيح و ساده و يا در N2O5 , N2O4 , N2O3 , NO, N2O جرمهاي اكسيژن به ترتيب ۶۴، ۴۸، ۳۲، ۱۶و ۸۰ است كه نسبتهاي آنها به يكديگر ۲ = ، =۳ و………. ميباشد.

اتم قابل تجزيه است
اثبات وجود الكترون

۱- ماهيت الكتريكي ماده
تا اواخر قرن ۱۹ ميلادي، آزمايش هاي زيادي براي نشان دادن ماهيت الكتريكي ماده صورت مي گرفت مثلاً Davy باتجزية مواد مركب Na Cl]…….] توسط الكتريسيته به اين نتيجه رسيد كه هر مولكول از تعدادي اتم تشكيل شده كه در اثر جاذبه الكترواستاتيكي موجود بين بارهاي الكتريكي غير همنام به هم پيوسته اند ضمناً بارها وقتي پيدا مي شوند كه دو جسم مستعد به هم نزديك

گردند. Berzelius اعتقاد داشت كه بارهاي الكتريكي از پيش در اتم ها وجود دارند. Farady رابطه بين مقدار الكترسيته مصرفي و مقدار ماده مركب تجزيه شده را بررسي كرد.بر مبناي كار فاراده، Stoney پيشنهاد كرد كه واحدهاي بار دار الكتريكي با اتم ها ارتباط دارند و آنها را الكترون ناميد. بعدها پرتو كاتدي كشف شد و آزمايش ها نشان داد كه اين پرتو از ذراتي با بار منفي كه حركت سريع دارند تشكيل شده است. اين ذرات همان طوري كه اٍستوني پيشنهاد كرده بود الكترون ناميده شد.

 

۲-آزمايش هاي پرتو كاتدي
كروكس و تامسون با استفاده از الكتريسيته بر روي اتم (الكترون) مطالعات بسيار ارزنده داشتند.
۱-۲- آزمايش Crookes
كروكس در دو انتهاي يك لوله شيشه اي مسدود، دو صفحه فلزي كه به آن الكترود مي گويند قرار داد سپس هر صفحه را به يك قطب از يك منبع با ولتاژ بالا وصل نمود. چون هواي داخل لوله شيشه اي با فشار معمولي پُر شده بود به علت تراكم مولكول هاي هوا، قاعدتاً هيچگونه جريان الكتريكي نمي توانست واقع شود.
لكن به محض اينكه پمپ تخليه فشار داخل لوله به ۱۰mmHg كاهش يافت، با كم شدن تراكم مولكول هاي هوا و باز شدن فضاي داخل لوله، جريان الكتريسيته از طرف صفحه كاتد (بارمنفي) به طرف صفحه آند (بارمثبت) بر قرار گرديد و فضاي لوله روشن شد. به اين پرتو كه از كاتد سرچشمه مي گيرد پرتو كاتدي مي گويند. كروكس با نزديك كردن يك آهن ربا به لوله شيشه اي و منحرف شدن اشعه از مسير مستقيم خود نتيجه گرفت كه پرتو كاتدي از ذراتي ساخته شده كه داراي بار الكتريكي هستند.
۲-۲- آزمايش تامسون Thamson

 

تامسون دوصفحه اي كه هريك به قطبي ازيك منبع باولتاژ پائين وصل شده بود به لوله شيشه اي آزمايش كروكس نزديك كرد و مشاهده نمود كه مسير مستقيم پرتو به طرف صفحه با بار مثبت منحرف مي شود و نتيجه گرفت كه بارالكتريكي ذرات تشكيل دهنده پرتو كاتدي منفي است و همانطوري كه Stoney پيشنهاد كرده بود آن را الكترون ناميد. اگر چه تامسون نمي توانست جرم و اندازه بار الكترون را اندازه بگيرد لكن از طريق ميزان انحراف مسير پرتو كاتدي در يك ميدان مغناطيسي با قدرت مشخص توانست نسبت بار الكتريكي (e) را به جرم الكترون (m) به دست آورد. اين نسبت كه به آنelm مي گويند برابر است:

[علامت منفي نشان دهندة منفي بودن بار الكترون است]. دانستن اين نسبت و قادر نبودن به اندازه گيري جرم الكترون مشابه اين مطلب است كه اگر نتوانيم جرم يك سيب و يا هسته آن را اندازه بگيريم لكن مي توانيم بگوئيم كه جرم سيب مثلا ًهزار برابر هسته آن است. تامسون همچنين نشان داد كه پرتو كاتدي به جنس فلز كاتد بستگي ندارد.

۳-۲- بار الكترون – آزمايش ميليكان (Millikan)
ميليكان توانست مقدار مطلق بار الكتريكي الكترون را با انجام آزمايش زير به دست آورد: جعبه اي

فراهم كرد كه در داخل آن دو جوشن يك خازن قرار داشت. در صفحه بالايي كه داراي بار مثبت بود يك منفذ با دريچه تعبيه نمود. ابتدا به وسيله افشانه روغني را در محفظة بالاي جعبه پاشيد، بعد با تاباندن اشعه X به مولكول هاي هوا، الكترون هاي آنها را جدا كرد. وقتي يك قطره از روغن از منفذ فوق عبور نمود، دريچه آن را بست. ذره روغن تحت تأثير نيروي جاذبه به طرف پائين سقوط كرد ولي

چون با جذب الكترون بار منفي به خود گرفت در نتيجه به طرف جوشن مثبت رو به بالا برگشت. ميزان بالا رفتن قطره را توسط عدسي چشمي مدرج مشاهده و اندازه گيري نمود. ميليكان پس از حدود هزار بار آزمايش نتيجه گرفت كه با وجود آنكه بار قطرات مختلف با هم فرق داشت لكن بار

الكتريكي هر قطره همواره مضرب صحيحي از عدد كوچك -۱٫۶ . ۱۰-۱۹ كولمب بود. اين مقدار به عنوان بارالكتريكي الكترون انتخاب شد. با توجه به اينكه تامسون مقدار را محاسبه كرده بود ميليك

ان پس از محاسبه (e) جرم الكترون را نيز به دست آورد كه برابر بود با۹٫۱ . ۱۰-۲۸ گرم.

نتايج آزمايش پرتو كاتدي
۱- پرتو كاتدي يك موج نيست بلكه عبارتست از ذراتي كه داراي جرم و بار منفي است و به آن الكترون مي گويند.
۲- مسير پرتو كاتدي مستقيم است.
۳- ذرات منتشره از كاتد، به نوع فلز كاتد و يا گازي كه بدواً در لوله پر شده باشد بستگي ندارد.
۴- چون بار پرتو منفي است، در ميدان الكتريكي به طرف قطب مثبت ميدان منحرف مي شود.
۵- درجه اين انحراف با بار ذره (e) نسبت مستقيم و با جرم ذره ( m ) نسبت معكوس دارد. پس نسبت بار به جرم ( ) معين كننده ميزان انحراف الكترون ها از مسير مستقيم در ميدان الكتريكي است. به عنوان مثال بين ۳۹K+ , 23Na+ درجه انحراف Na بيشتر است [زيرا جرم كمتري دارد] و بين ۴۰Ca+ , 40Ca++ درجه انحراف۴۰Ca++ بيشتر مي باشد [زيرا بار بيشتري دارد]. به طوركلي هر چقدر نسبت ( ) بيشتر باشد انحراف بيشتر خواهد بود مثلاً بين :
[ = = ] ++ و [ = = ] +++ و [ = = ]++ درجه انحراف عبارتست از He2+ > Al3+> Ca2+
6- الكترون ها در ميدان مغناطيسي نيز منحرف مي شوند ولي در اينجا انحراف عمود بر ميدان است.

اثبات وجود پروتون
گلداشتاين (Goldstein) صفحه كاتدي لولة شيشه اي آزمايش كروكس را به صورت سوراخ دار درست كرد و در اين شكل جديد آزمايش كروكس را تكرار نمود. در اين حالت او نه تنها جريان الكترون ها را از طرف كاتد به آند ديد بلكه پرتوهاي مثبت را نيز در ناحيه پشت كاتد مشاهده كرد. امروزه مي دانيم كه اگر از يك اتم خنثي [تعداد بار مثبت و منفي برابر]، چند الكترون جدا شود، باقيمانده اتم به همان اندازه بار مثبت پيدا مي كند. به اين ترتيب وقتي در آزمايش وي پرتو كاتدي در

مسير حركتش بطرف آند تعدادي الكترون را از اتم هاي گاز موجود در لوله جدا نمود. معادل اين تعداد الكترون، ذرات با بار مثبت (پروتون) به طرف كاتد جريان پيدا كرد.چون بار الكتريكي پروتون مثبت است به اين جريان، پرتو مثبت مي گويند. انواع گازها، انواع متفاوتي از پروتون را ايجاد مي كنند. جرم پروتون حاصل از گاز هيدروژن از هر يون مثبت ديگري كمتر است و جرم پروتون ۱۸۳۶ برابر جرم

الكترون مي باشد.

اثبات وجود نوترون
راترفورد، وجود ذرات بدون بار را در هستة اتم مسلم مي دانست [آزمايش اول راترفورد] لكن اينكه چرا علي رغم دو برابر بودن بار الكتريكي هليم نسبت به هيدروژن، جرم اتمي آن چهار برابر است مدتها براي دانشمندان ابهام بود تا اينكه چادويك (Chadwick) وجود ذرات پيشنهادي راترفورد را ثابت كرده و جرم آنها را نيز اندازه گرفت كه قدري بيشتر از پروتون است.

پرتوزائي هسته
پرتو ايكس – راديواكتيويته
كشف پرتوايكس و پديده راديواكتيويته از خاطرات دستيابي هاي اتفاقي تاريخ علوم است. وقتي رونتگن (Roentgen) در يك اتاق تاريك مشغول مطالعه درخشش برخي از اجسام در اثر برخورد با پرتو كاتدي بود متوجه شد ورقه آغشته به جسم مورد آزمايش كه در فاصله دوري از لوله پرتو كاتدي قرار داشت نيز درخشش دارد حتي وقتي لوله پرتو كاتدي را به اتاق ديگر برد باز هم درخشش ورقه را در اتاق تاريك مشاهده كرد