تحقیق درباره اتم

تحقیق درباره اتم ، کوچکترین واحد که ماده در آن بدون آزاد شدن ذرات دارای بار الکتریکی قابل تقسیم است. همچنین کوچکترین واحد ماده است که دارای خصوصیات مشخصه یک عنصر شیمیایی است . به این ترتیب ، اتم بلوک اصلی ساختمان شیمی است .

[caption id="" align="alignnone" width="700"] مدل اتمی شل در مدل اتمی پوسته ، الکترون ها سطح انرژی مختلفی یا پوسته ها را اشغال می کنند. پوسته K و L برای یک اتم نئون نشان داده شده است.[/caption]

بیشتر اتم فضای خالی است. بقیه شامل یک هسته با بار مثبت از پروتون ها و نوترون ها است که توسط ابرهایی از الکترون هایی با بار منفی احاطه شده اند . این هسته در مقایسه با الکترون ها ، که سبکترین ذرات بار شده در طبیعت هستند ، کوچک و متراکم است. الکترون ها توسط نیروی الکتریکی خود به هر بار مثبت جذب می شوند. در یک اتم ، نیروهای الکتریکی الکترونها را به هسته متصل می کنند.

به دلیل ماهیت مکانیک کوانتومی ، هیچ تصویری واحدی در تجسم خصوصیات مختلف اتم کاملاً رضایت بخش نبوده ، که بدین ترتیب فیزیکدانان را مجبور می کند از تصاویر مکمل اتم برای توضیح خواص مختلف استفاده کنند. از بعضی جهات ، الکترونهای موجود در اتم مانند ذره هایی در مدار هسته می مانند. در بعضی دیگر ، الکترونها مانند امواج منجمد در موقعیت اطراف هسته رفتار می کنند. چنین الگوهای موج ، به ناممدارها ، توزیع الکترونهای فردی را توصیف می کنند. رفتار یک اتم به شدت تحت تأثیر این خصوصیات مداری است و خصوصیات شیمیایی آن توسط گروه بندی های مداری معروف به پوسته ها تعیین می شود.

برای دانلود روی لینک زیر کلیک کنید

دانلو د فایل اتم

این مقاله با یک مرور کلی از خصوصیات بنیادی اتم و ذرات و نیرو های تشکیل دهنده آن باز می شود . پس از این مرور ، یک بررسی تاریخی از تأثیرگذارترین مفاهیم در مورد اتم که در طی قرن ها صورت بندی شده اند ، است.

مدل اتمی

تحقیق درباره اتم بیشتر ماده متشکل از جمع شدن مولکول ها است که می توانند به راحتی از هم جدا شوند. مولکولها به نوبه خود ، از اتمهایی تشکیل شده اند که پیوندهای شیمیایی به هم پیوسته اند و شکستن آنها دشوارتر است. هر اتم جداگانه از ذرات کوچکتر یعنی الکترون ها و هسته ها تشکیل شده است. این ذرات از نظر الکتریکی شارژ می شوند و نیروهای الکتریکی که بر روی آن قرار دارند وظیفه نگه داشتن اتم را در کنار یکدیگر قرار می دهند. تلاش برای جدا کردن این ذرات تشکیل دهنده کوچکتر به مقادیر روزافزون انرژی نیاز دارد و در نتیجه باعث ایجاد ذرات زیر اتمی جدید می شود که بسیاری از آنها شارژ می شوند.

 

همانطور که در مقدمه این مقاله ذکر شد ، یک اتم عمدتا از فضای خالی تشکیل شده است. هسته مرکز بار مثبت یک اتم است و بیشتر جرم آن را شامل می شود . از پروتون ها تشکیل شده است که دارای بار مثبت و نوترون هایی هستند که هیچ گونه اتهامی ندارند. پروتون ها ، نوترون ها و الکترون های اطراف آنها ذراتی طولانی مدت هستند که در همه اتم های معمولی و طبیعی وجود دارند. سایر ذرات زیر اتمی ممکن است در ارتباط با این سه نوع ذره باشند. با این حال ، آنها فقط با افزودن مقادیر عظیمی از انرژی ایجاد می شوند و بسیار کوتاه مدت هستند.

تمام اتمها تقریباً به همان اندازه هستند ، خواه 3 یا 90 الکترون داشته باشند. تقریباً 50 میلیون اتم ماده جامد که در یک ردیف قرار گرفته اند ، 1 سانتی متر (0.4 اینچ) اندازه گیری می کند. واحد مناسب طول برای اندازه گیری اندازه های اتمی استangstrom (Å) ، تعریف شده به عنوان 10 − 10 متر. شعاع اتم 1-2 متر اندازه گیری می کند. در مقایسه با اندازه کلی اتم ، هسته حتی دقیقه بیشتر است. این به نسبت یک اتم به اندازه یک سنگ مرمر با یک زمین فوتبال است . از نظر حجم ، هسته تنها 10 − 14 متر از اتم را در خود جای می دهد - یعنی 1 قسمت در 100000. واحد مناسب طول برای اندازه گیری اندازه های هسته ای استفمتومتر (fm) ، که مساوی 10 − 15 متر است. قطر یک هسته بستگی به تعداد ذرات موجود در آن دارد و در حدود 4 fm برای هسته نوری مانند کربن تا 15 fm برای هسته سنگین مانند سرب بستگی دارد. به رغم اندازه کوچک هسته ، تقریبا تمام جرم اتم در آنجا متمرکز است. پروتون ها ذره ای با بار مثبت هستند ، در حالی که نوترون ها هیچ شارژ ندارند و نسبت به پروتون ها اندکی انبوه هستند. این واقعیت که هسته ها می توانند از 1 تا نزدیک به 300 پروتون و نوترون وجود داشته باشند ، تغییرات گسترده ای در جرم را نشان می دهد. سبکترین هسته ، یعنی هیدروژن ، 1836 برابر بیشتر از یک الکترون است ، در حالی که هسته های سنگین تقریباً 500000 برابر عظیم تر هستند.

 

تحقیق درباره عدد اتمی

تحقیق درباره اتم مهمترین ویژگی یک اتم تعداد اتمی آن است (معمولاً با حرف Z مشخص می شود ) که به عنوان تعداد واحد بار مثبت (پروتون) در هسته تعریف می شود. به عنوان مثال ، اگر یک اتم Z 6 داشته باشد ، کربن است ، در حالی که یک Z 92 با اورانیوم مطابقت دارد . یک اتم خنثی تعداد پروتون و الکترون مساوی دارد به طوری که بارهای مثبت و منفی دقیقاً متعادل می شوند. از آنجا که این الکترونها هستند که چگونه یک اتم را با دیگری تعامل می کنند ، در پایان آن تعداد پروتون های موجود در هسته است که خصوصیات شیمیایی یک اتم را تعیین می کند.

جرم اتمی وایزوتوپ ها

تعداد نوترونهای موجود در هسته بر جرم اتم تأثیر می گذارد اما خصوصیات شیمیایی آن نیست. بنابراین ، یک هسته با شش پروتون و شش نوترون دارای خواص شیمیایی یکسان با یک هسته با شش پروتون و هشت نوترون خواهد بود ، اگرچه دو توده متفاوت خواهند بود. گفته می شود هسته های با تعداد پروتونهای مشابه اما تعداد نوترونهای مختلف ایزوتوپهای یکدیگر هستند. تمام عناصر شیمیایی ایزوتوپ های زیادی دارند.

[caption id="" align="alignnone" width="664"] ایزوتوپ های هیدروژن[/caption]

ایزوتوپهای هیدروژناین تصویر سه ایزوتوپ عنصر هیدروژن را نشان می دهد. هر سه شکل یک پروتون (صورتی) و یک الکترون (سبز تیره) دارند اما در تعداد نوترون ها (خاکستری) در هسته تفاوت دارند. پروتیوم یا هیدروژن معمولی (بالا) هیچ نوترون ندارد. دوتریوم یا هیدروژن 2 (پایین سمت چپ) دارای یک نوترون است. تریتیوم یا هیدروژن 3 (پایین سمت راست) دارای دو نوترون است.

معمولاً با دادن مجموع تعداد پروتون ها و نوترون های موجود در هسته ، ایزوتوپ های مختلف را توصیف می کنیم - مقداری به نام اتمی عدد جرمی . در مثال بالا ، اتم اول کربن -12 یا 12 درجه سانتیگراد نامیده می شود (زیرا شش پروتون و شش نوترون دارد) ، در حالی که دوم کربن -14 یا 14 درجه سانتیگراد است.

جرم اتم ها بر حسب اندازه گیری می شوند واحد جرم اتمی، تعریف شده است که به 1 / 12 از جرم یک اتم کربن 12 یا 1.660538921 × 10 -24 گرم است. جرم یک اتم از جرم هسته به اضافه ی الکترون ها تشکیل شده است ، بنابراین واحد جرم اتمی دقیقاً برابر با جرم پروتون یا نوترون نیست .

شارژ ، جرم و چرخش

آزمایش قطرهروغنآزمایش قطرهروغن 

دانشمندان از اواخر قرن 19 می دانند که این الکترون دارای بار الکتریکی منفی است . ارزش این بار برای اولین بار توسط فیزیکدان آمریکایی رابرت میلکان بین سالهای 1909 و 1910 اندازه گیری شد . در آزمایش قطره روغن میلکان ، او قطرات روغن ریز را در یک محفظه حاوی غبار روغنی معلق کرد. وی با اندازه گیری میزان ریزش قطره روغن توانست وزن آنها را تعیین کند. قطره های روغنی که دارای بار الکتریکی هستند (به عنوان مثال با اصطکاک هنگام حرکت از طریق هوا) حاصل می شود و با اعمال نیروی الکتریکی می توانند کند شوند یا متوقف شوند . با مقایسه نیروی الکتریکی اعمال شده با تغییرات در حرکت، Millikan قادر به تعیین بار الکتریکی در هر قطره بود. بعد از اینکه قطره های زیادی را اندازه گرفت ، دریافت که اتهامات مربوط به همه آنها چند برابر ساده از یک عدد واحد است. این واحد اصلی شارژ بر روی الکترون بود و بارهای مختلف در مورد قطره های روغن مربوط به کسانی بود که دارای 2 ، 3 ، 4 ، ... الکترون اضافی روی آنها بودند. اتهام به وجود الکترون در حال حاضر پذیرفته می شود 1.602176565 × 10 -19 کولن . برای این کار Millikan در سال 1923 برنده جایزه نوبل فیزیک شد.

تحقیق درباره اتم آزمایش آزمایش قطره روغن میلکان در فاصله سالهای 1909 و 1910 فیزیکدان آمریکایی رابرت میلکان یک سری آزمایشات قطره روغن انجام داد. وی با مقایسه نیروی الکتریکی اعمال شده با تغییرات در حرکت قطرات روغن ، توانست بار الکتریکی را در هر قطره تعیین کند. وی دریافت که همه قطره ها دارای بارهایی هستند که تکثیر ساده یک عدد واحد ، بار اصلی الکترون است.دایره المعارف بریتانیکا ، شرکت

بار در پروتون از نظر بزرگی برابر با الکترون است اما در علامت مخالف است - یعنی پروتون بار مثبت دارد. از آنجا که بار الکتریکی متضاد یکدیگر را جذب می کند ، بین الکترون ها و پروتون ها یک نیروی جذاب وجود دارد . این نیرو همان چیزی است که الکترون ها را در مدار خود در اطراف هسته نگه می دارد ، چیزی شبیه به راهی که گرانش زمین را در مدار خورشید نگه می دارد .

دارای یک الکترون جرم در حدود 9.109382911 × 10 -28 گرم است. جرم پروتون یا نوترون حدود 1836 برابر بیشتر است. این توضیح می دهد که چرا جرم یک اتم در درجه اول توسط جرم پروتون ها و نوترون های موجود در هسته تعیین می شود.

الکترون خصوصیات ذاتی دیگری دارد. یکی از این موارد چرخش نام دارد . الکترون را می توان چیزی شبیه زمین دانست و به دور یک محور چرخش می چرخد. در حقیقت ، بیشتر ذرات ابتدایی این خاصیت را دارند. با این حال ، بر خلاف زمین ، آنها در دنیای زیر دریایی وجود دارند و طبق قوانین اداره می شوندمکانیک کوانتومی . بنابراین ، این ذرات نمی توانند به هیچ وجه دلخواه بچرخند ، بلکه فقط با سرعت خاص مشخص می شوند. این نرخ می تواند 1 / 2 ، 1، 3 / 2 ، 2، ... بار یک واحد اساسی چرخش است. مانند پروتون و نوترون، الکترون اسپین 1 / 2 .

ذرات با چرخش نیم عدد صحیح ، فیزیکدان ایتالیایی آمریکایی ، انریکو فرمی ، که خصوصیات آنها را در نیمه اول قرن بیستم بررسی کرده است ، فرمیون نامیده می شوند . فرمیونها یک ویژگی مهم دارند که به توضیح چگونگی ترتیب قرار دادن الکترون ها در مدار خود و همچنین نحوه قرار گرفتن پروتون ها و نوترون ها در هسته کمک می کند. آنها مشمول این موارد هستنداصل محرومیت پائولی (نامگذاری شده برای فیزیکدان اتریشی ولفگانگ پائولی ) است که بیان می کند که هیچ دو فرمیون نمی توانند همان حالت را اشغال کنند - به عنوان مثال ، دو الکترون موجود در اتم هلیوم در صورت داشتن یک مدار یکسان باید دارای چرخش های مختلف باشند.

تحقیق درباره اتم از آنجا که می توان الکترون ریسندگی را به عنوان یک بار الکتریکی متحرک در نظر گرفت ، می توان الکترون ها را به عنوان الکترومغناطیس ریز تصور کرد . این بدان معنی است که مانند هر آهنربای دیگر ، یک الکترون با پیچاندن به حضور یک میدان مغناطیسی پاسخ می دهد . (به یک سوزن قطب نما فکر کنید که تحت تأثیر میدان مغناطیسی زمین به سمت شمال حرکت می کند.) این واقعیت معمولاً با بیان اینکه الکترون ها دارایگشتاور مغناطیسی . در فیزیک ، لحظه مغناطیسی قدرت یک میدان مغناطیسی را به گشتاور تجربه شده توسط یک جسم مغناطیسی مرتبط می کند. از آنجا که از اسپین ذاتی خود، الکترون یک لحظه مغناطیسی داده شده توسط -9.28 × 10 -24 ژول در هر تسلا .

تحقیق درباره تاریخچه شناسایی اتم

تحقیق درباره اتم مواد متنوعی که روزانه در آزمایش و تجربه با آن روبه رو هستیم، متشکل از اتم‌های گسسته است.

وجود چنین ذراتی برای اولین بار توسط فیلسوفان یونانی مانند

دموکریتوس (Democritus) ، لئوسیپوس (Leucippus) و اپیکورینز (Epicureanism)

ولی بدون ارائه یک راه حل واقعی برای اثبات آن ، پیشنهاد شد.

سپس این مفهوم مسکوت ماند تا زمانیکه در قرن 18 راجر بسکوویچ (Rudjer Boscovich)

آنرا احیاء نمود و بعد از آن توسط جان دالتون (John Dalton) در شیمی بکار برده شد.

راجر بوسویچ نظریه خود را بر مبنای مکانیک نیوتنی قرارداد و آنرا در سال 1758 تحت عنوان:

Theoria philosophiae naturalis redacta ad unicam legem virium in natura existentium

چاپ نمود.

براساس نظریه بوسویچ ، اتمها نقاط بی‌اسکلتی هستند که بسته به فاصله آنها از یکدیگر ،

نیروهای جذب کننده و دفع کننده بر یکدیگر وارد می‌کنند.

جان دالتون از نظریه اتمی برای توضیح چگونگی ترکیب گازها در نسبتهای ساده ، استفاده نمود.

در اثر تلاش آمندو آواگادرو (Amendo Avogadro) در قرن 19، دانشمندان توانستند تفاوت میان اتم‌ها و مولکول‌ها را درک نمایند.

در عصر مدرن ، اتم‌ها ، بصورت تجربی مشاهده شدند.

تحقیق درباره اندازه اتم

اتم‌ها ، از طرق ساده ، قابل تفکیک نیستند، اما باور امروزه بر این است که اتم از ذرات کوچکتری تشکیل شده است. قطر یک اتم ، معمولا میان 10pm تا 100pm متفاوت است.

ذرات درونی اتم

در آزمایش‌ها مشخص گردید که اتم‌ها نیز خود از ذرات کوچکتری ساخته شده‌اند. در مرکز یک هسته کوچک مرکزی مثبت متشکل از ذرات هسته‌ای ( پروتون‌ها و نوترون‌ها ) و بقیه اتم فقط از پوسته‌های متموج الکترون تشکیل شده است. معمولا اتم‌های با تعداد مساوی الکترون و پروتون ، از نظر الکتریکی خنثی هستند.

طبقه‌بندی اتم‌ها

اتم‌ها عموما برحسب عدد اتمی که متناسب با تعداد پروتون‌های آن اتم می‌باشد، طبقه‌بندی می‌شوند. برای مثال ، اتم های کربن اتم‌هایی هستند که دارای شش پروتون می‌باشند. تمام اتم‌های با عدد اتمی مشابه ، دارای خصوصیات فیزیکی متنوع یکسان بوده و واکنش شیمیایی یکسان از خود نشان می‌دهند. انواع گوناگون اتم‌ها در جدول تناوبی لیست شده‌اند.

اتم‌های دارای عدد اتمی یکسان اما با جرم اتمی متفاوت (بعلت تعداد متفاوت نوترون‌های آنها) ، ایزوتوپ نامیده می‌شوند.

تحقیق درباره ساده‌ترین اتم

ساده‌ترین اتم ، اتم هیدروژن است که عدد اتمی یک دارد و دارای یک پروتون و یک الکترون می‌باشد. این اتم در بررسی موضوعات علمی ، خصوصا در اوایل شکل‌گیری نظریه کوانتوم ، بسیار مورد علاقه بوده است.

واکنش شیمیایی اتم‌ها

واکنش شیمیایی اتم‌ها بطور عمده‌ای وابسته به اثرات متقابل میان الکترون‌های آن می‌باشد. خصوصا الکترون‌هایی که در خارجی‌ترین لایه اتمی قرار دارند، به نام الکترون‌های ظرفیتی ، بیشترین اثر را در واکنش‌های شیمیایی نشان می‌دهند. الکترون‌های مرکزی (یعنی آنهایی که در لایه خارجی نیستند) نیز موثر می‌باشند، ولی بعلت وجود بار مثبت هسته اتمی ، نقش ثانوی دارند.

تحقیق درباره پیوند میان اتم‌ ها

تحقیق درباره اتم اتم‌ها تمایل زیادی به تکمیل لایه الکترونی خارجی خود و (یا تخلیه کامل آن) دارند. لایه خارجی هیدروژن و هلیم جای دو الکترون و در همه اتمهای دیگر طرفیت هشت الکترون را دارند. این عمل با استفاده مشترک از الکترونهای اتم‌های مجاور و یا با جدا کردن کامل الکترون‌ها از اتمهای دیگر فراهم می‌شود. هنگامیکه الکترونها در مشارکت اتمها قرار می گیرند، یک پیوند کووالانسی میان دو اتم تشکیل می‌گردد. پیوندهای کووالانسی قویترین نوع پیوندهای اتمی می‌باشند.

یون

هنگامیکه بوسیله اتم ، یک یا چند الکترون از یک اتم دیگر جدا می‌گردد، یون‌ها ایجاد می‌شوند. یون‌ها اتم‌هایی هستند که بعلت عدم تساوی تعداد پروتو ن‌ها و الکترون‌ها ، دارای بار الکتریکی ویژه می‌شوند. یون‌هایی که الکترون‌ها را برمی‌دارند، آنیون (anion) نامیده شده و بار منفی دارند. اتمی که الکترون‌ها را از دست می‌دهد کاتیون (cation) نامیده شده و بار مثبت دارد.

پیوند یونی

کاتیون‌ها و آنیون‌ها بعلت نیروی کولمبیک (coulombic) میان بارهای مثبت و منفی ، یکدیگر را جذب می‌نمایند. این جذب پیوند یونی نامیده می‌شود و از پیوند کووالانسی ضعیفتر است.

مرز مابین انواع پیوندها

همانطور که بیان گردید، پیوند کوالانسی در حالتی ایجاد میشود که در آن الکترون‌ها بطور یکسان میان اتمها به اشتراک گذارده می‌شوند، درحالیکه پیوند یونی در حالی ایجاد می‌گردد که الکترون‌ها کاملا در انحصار آنیون قرار می‌گیرند. بجز در موارد محدودی از حالتهای خیلی نادر ، هیچکدام از این توصیف‌ها کاملا دقیق نیست. در بیشتر موارد پیوندهای کووالانسی ، الکترون‌ها بطور نامساوی به اشتراک گذارده میشوند، بطوریکه زمان بیشتری را صرف گردش بدور اتم‌های با بار الکتریکی منفی‌تر می‌کنند که منجر به ایجاد پیوند کووالانسی با بعضی از خواص یونی می‌گردد.

بطور مشابهی ، در پیوندهای یونی ، الکترون‌ها اغلب در مقاطع کوچکی از زمان بدور اتم با بار الکتریکی مثبت‌تر می‌چرخند که باعث ایجاد بعضی از خواص کووالانسی در پیوند یونی می‌گردد .

اتم اولیه

ریشه لغوی و تاریخچه

کلمه اتم از واژه یونانی Atomos به معنی (تقسیم‌نا‌پذیر) گرفته شده ‌است. اعتبار نخستین نظریه اتمی را بطور معمول از یونانیان باستان می‌دانند اما ممکن است خاستگاه این مفهوم در تمدنهای پیش از یونان باشد. نظریه اتمی (لوسیپوس) و (موکرتیس) که در قرن پنجم قبل از میلاد مسیح ‌می‌زیستند مدعی آن است که تقسیم پی‌درپی ماده در نهایت به اتمهایی می‌رسد که امکان تقسیم بیشتر ندارند.

ارسطو در قرن چهارم قبل از میلاد مسیح نظریه اتمی را نپذیرفت. او باور داشت که بطور فرضی ماده بی‌پایان به ذرات کوچک و کوچکتر تقسیم می‌شود. این نظریه دو هزار سال بصورت اندیشه محض باقی ماند. رابرت بویل در سال 1661 و ایزاک نیوتون در سال 1687 وجود اتمها را پذیرفتند.

نظریه اتمی دالتون

جان دالتون نظریه اتمی را بگونه‌ای طرح کرد که شاخص برجسته‌ای در تاریخ شیمی شد. این نظریه در سالهای 1803 تا 1808 نصج گرفت. در آن زمان دانشمندان بسیاری معتقد بودند که ماده از اتم‌ها ترکیب یافته است اما دالتون از این هم پیش رفت. او طرحی برای نظریه اتمی بوجود آورد که می‌توانست قوانین تغییر شیمیایی را توضیح دهد و با نسبت دادن جرمهای نسبی به اتمهای عناصر گوناگون به مفهوم نظریه اتمی صورت کمی داد.

اصول موضوع نظریه دالتون

1. عناصر از ذرات بی‌نهایت کوچکی که اتم نامیده می‌شوند ترکیب یافته‌اند. تمام اتمهای یک عنصر یکسان و اتمهای عناصر گوناگون متفاوت‌اند.

در واکنشهای شیمیایی اتمها از هم جدا می‌شوند و به هم می‌پیوندند. در این واکنش هیچ اتمی ایجاد

برای دانلود روی لینک زیر کلیک کنید

دانلو د فایل اتم