ماده و ساختار آن

ماده و ساختار آن

اسلاید 1: بسم الله الرحمن الرحیمماده وساختارآنکاری از : منصور رحیمی

اسلاید 2: تعریف مادههر چیز که :1- دارای جرم باشد 2- فضا اشغال کندمثل :چوبآبهوا(m > 0)(V > 0)

اسلاید 3: مــــــادهساختار

اسلاید 4: ساختاراتصالی(یکپارچه ویکنواخت) ماده(با قابلیت تقسیم دلخواه و نامحدود )نظریه رد شده :

اسلاید 5: ساختار ذره ای (انفصالی ) مادهنظریه پذیرفته شده :گازجامدمایع

اسلاید 6: مهمترین نظریه های ساختار ماده(اتــمـــی)

اسلاید 7: طبق نظر دالتون ،مواد ازذرات ریزی بنام اتــم (به معنی غیر قابل شکسته شدن وتجزیه ) ساخته شده انداتم

اسلاید 8: ساده ترین مدل اتمی است که اتمها بصورت گوی های سخت و توپر با ساختار یکنواخت درنظر گرفته میشوند مدل اتمی دالتون

اسلاید 9: مدل اتمی تامسون+ + + + + + + ++ + + + + + + + + + + ++ + + + + + + + + + + + ++ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +++ + + + + + + + + + + + + ++++ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + ++ + + + + + + + + + + ++ + + + + + + + + ++ + + +---الکترون منفی(دانه های هندوانه) کره با بار مثبت(گوشته هندوانه)بار الکتریکی اتم =0مقداربار مثبت = مقداربار منفی(مدل هندوانه ای)

اسلاید 10: مدل اتمی تامسون---الکترون منفی کره بار مثبتبار الکتریکی اتم =0مقداربار مثبت = مقداربار منفی---

اسلاید 11: اتم را برخلاف معنای اولیه آن متشکل از هسته والکترونها میداند که همانند منظومه شمسی الکترونها ی منفی و سبک دراطراف هسته مثبت و سنگین در حال چرخش هستند .مدل اتمی رادرفورد(مدل منظومه ای)

اسلاید 12: تجسم نظریه اتمی رادرفورد

اسلاید 13: اتم درنظریه اتمی رادرفورد+-

اسلاید 14: مدل نظریه رادرفورد-+

اسلاید 15: +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-

اسلاید 16: --+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+اتمها درهلیوم جامدHe42

اسلاید 17: ایراد مهم نظریه اتمی رادرفوردحرکت شتابدار هر ذره باردار در میدان الکتریکی با از دست دادن انرژی همراه است بنابراین الکترون ضمن گردش به دور هسته دائما انرژی ازدست داده وسرانجام در هستـــــــه سقوط می کند .

اسلاید 18: ایراد مدل اتمی رادرفورد+-سقوط الکترون درهسته بعلت کاهش انرژی الکترون درمیدان الکتریکی هسته-

اسلاید 19: آزمایش رادر فورد

اسلاید 20: +++++++++++++++صفحه پوشیده ازروی سولفید یا کاغذ عکاسیپرتوهای آلفاHe2+محفظه سربیورقه نازک طلا++++++رادیم

اسلاید 21: ورقه نازک طلا++++++++++++صفحه پوشیده از روی سولفید یا کاغذ عکاسیپرتوهای آلفاHe2+رادیم

اسلاید 22: بر اساس آزمایش رادرفورد از20000 ذرات پرتو آلفا تنها یکی با انحراف بیش از90 درجه منحرف میشود ومابقی بدون انحراف ویاتعداد کمتری با انحراف اندک عبورمیکنند قطر تقریبی هسته به قطر اتم :قطر هستهقطر اتم≈110000تقریباهمه جرم اتم در هسته ی بسیار کوچک آن متمرکز است

اسلاید 23: مدل اتمی بور(اصلا ح شده نظریه رادرفورد)

اسلاید 24: 2- مسیر حرکت الکترون دایره ای شکل با شعاع r می باشد1-دراین مدل برای حرکت الکترونها دراطراف هسته سطوح مجازساکن باانرژی معین درنظر گرفته میشود+----------

اسلاید 25: 3- انرژی الکترون درسطوح مــجــــــاز (دروضعیت پایدار اتم) ثابت بوده و تغییر نمی کندسطوح غیر مجازسطوح مجاز+--n=1n=2n=…+

اسلاید 26: 4- تغییر سطح انرژی الکترون بصورت کوانتایی بوده واختلاف انرژی دو سطح رابه شکل یک کوانتا آزاد می کندنور

اسلاید 27: n=1n=2n=3n=4n=5n=سری لیمان(مرئی)سری بالمرسری پاشنسری براکتانتقالات الکترونی و سریهای طیف نشری

اسلاید 28: n=1n=2n=3n=4n=5n=سری لیمان(مرئی)سری بالمرسری پاشنسری براکتانتقالات الکترونی و سریهای طیف نشری

اسلاید 29:

اسلاید 30: تغییرات پلکانی انرژی الکترونها دراطرف هسته)R(فاصله از هستهانرژیE0+---

اسلاید 31: --سقوط الکترون به مدار پایینتر وتابش فوتونn=1n=2n=3EE1= h 1 : فرکانس نور جذب یا منتشر شده  : ثابت پلانک hE1E2

اسلاید 32: -انتقال الکترون از مدار پایین به مدار بالا از طریق جذب انرژی فوتونrفاصله از هستهانرژیE1E2r1r2E

اسلاید 33: الکترون (دراتم) نورهایی را جذب ویانشرمیکند که انرژی آنها، با یکی از اختلاف سطوح انرژی مدارهای اتم برابر باشد E1و E2 اختلاف سطوح انرژیE = E2-E1= h f f فرکانس نور: h : ثابت پلانک

اسلاید 34: نقایص نظریه بور1-الکترون بعلت خصلت موجی- ذره ای نمیتواند بر روی یک مدار قرار گیرد و به فرض ممکن انرژی از دست داده و بر روی هسته سقوط می کند .2- قادر به توجیه طیف عناصر غیر ازهمانندهیدروژن نیست .3- تشکیل پیوند شیمیایی را تشریح نمی کند .4- علت کوانتیزه بودن سطوح انرژی رادراتم توضیح نمیدهد.

اسلاید 35: h10XP=hاصل عدم قطعیت : خطای تعیین مکان الکترونx : خطای اندازه حرکت(انرژی)p

اسلاید 36: اعداد کوانتایی الکترون

اسلاید 37: n (عدد کوانتایی اصلی ) : تعیین کننده سطح انرژی درســطـوح مجـــاز انــرژی می باشد. و اعداد صحیح بزرگتر ازصفر راشامل میشود( اعداد طبیعی )+(K) n=1(L) n=2(M) n=3

اسلاید 38: Lعدد کوانتائی اربیتالی (سمتی) تعیین کننده شکل اربیتال(توزیع احتمال الکترون) است راشامل می شودn-1مقادیر ( طبیعی ) صفر تا L = -(n-1) .….. L = 0 …… L = +(n-1)

اسلاید 39: mlعددکوانتائی مغناطیسی سمتی جهت گیری اربیتال را در فضا ی اطراف هسته تعیین می کند و از صفر تا ±L تغییرمیکند.ml =-L …. ml =0 … ml =+LSN

اسلاید 40: جهت یابی سطح مسیر الکترون در میدان مغناطیسی خارجی B

اسلاید 41: L=3 (کوانتایی بودن جهت یابی های سطح مسیر الکترون درفضا)-3 -2 -1 0 +1 +2 +3Bml=-3 ml=-2 ml=-1 ml=0 ml=+1 ml=+2 ml=+3میدان مغناطیسی خارجی

اسلاید 42: عدد کوانتایی مغناطیسی اسپین جهت گیری ممان اسپین را با توجه به میدان مغناطیسی خارجی معلوم میکند ومقدارکسری ( ) رادرجهت میدان باعلامت (+) ودرخلاف جهت با علامت (-) شامل میشود.mS = -  یا mS = + msSN

اسلاید 43: میدان الکتریکی ذره باردارساکن (الکترون)

اسلاید 44: NSمیدان مغناطیسی حاصل از چرخش (حرکت محوری) ذره باردار(الکترون)عدد کوانتائی مغناطیسی اسپین الکترون-

اسلاید 45: اصل پاولی ( ms در یک اتم الکترونها حداقل دریک عدد کوانتایی ( ماننداختلاف دارند ودو الکترون با اعداد کوانتایی یکسان یافت نمی شود e1 : n=1 L=0 ml=0 ms=+1/2e2 : n=1 L=0 ml=0 ms=-1/2مثال :

اسلاید 46: نکتهدر غـــــــیـــــاب یک مـــــــیــــــــدان الکتـریکـی و یا مغنـاطیسی خارجـی، یکسان ،انرژی برابردارند L و n الکترونهای با2n2 تعداد حالات یک الکترون دراتم =

اسلاید 47: این اربیتالها کروی و با حرف نمایش داده میشوند ودر میدان مغنا طیس خارجی تغییر نمیکنند L=0s2sمقطع اربیتال 1sمقطع اربیتال ++

اسلاید 48: --+حرکت ذره ای الکترون در اربیتال کروی)S(

اسلاید 49: +---چرخش الکترونها در فاصله معینی از هسته--1s الکترون مدار 2s الکترون مدار

اسلاید 50: +1s2sS اربیتالهای (کروی)R(Å)دانسیته (احتمال شعاعی)1s2s3sهسته3s

اسلاید 51: + + xyzS اربیتال کروی

اسلاید 52: L=1+-px+-pzpy-++این اربیتالها را با حرف نشان میدهند وانرژی آنها درمیدان خارجی تغییر میکندH یا EP

اسلاید 53: 2px , 2py ,2pz اربیتالهای+zxy+

اسلاید 54: zx++--xz در صفحه یdxz اربیتال+

اسلاید 55: zy++--yz در صفحه ی3dyz اربیتال+

اسلاید 56: ++--xy در صفحه ی3dxy اربیتالyx+

اسلاید 57: z در حول محور3dz2 اربیتال+- -+zxy+

اسلاید 58:

اسلاید 59:

اسلاید 60: zx++--+- -+z+-+-+xyz++-y-dxydz2dyzdxz

اسلاید 61: --+ 2p حرکت (ذره ای) الکترون دراربیتال px

اسلاید 62: +----p و s حرکت الکترونها در اربیتال

اسلاید 63: حرکت موجی الکترون در اطراف هستهطول موج )) = h/mvS اربیتال+ ثابت پلانکh = 6/63*10-27 erg.s/particle : جرم ذره برحسب گرمM Cm/s : سرعت برحسبv : برحسب آنگستروم

اسلاید 64: + طول موج()n=2rشرط پایداری مدار الکترون :

اسلاید 65: s حرکت موجی الکترون در اربیتال +

اسلاید 66: +حرکت موجی الکترونn=2r4S

اسلاید 67: L=1px+pzpy++

اسلاید 68: E1S22S23S24S25S26S27S22P63P64P65P66P63d104d105d106d104f145f14ترتیب پرشدن ترازهای فرعی انرژی:n=7(Q)n=6 (P) n=5 (O)n=4 (N)n=3 (M)n=2 (L)n=1 (K) آن کوچکتر باشدL+ n 1- تراز انرژی که مجموع کوچکتر استn برابرباشد الویت با L+ n 2- اگر مجموع ℓ=0 ℓ=1 ℓ=2 ℓ=3

اسلاید 69: 1S2S3S4S5S6S7S2P3P4P5P6P3d4d5d6d4f5f1S2S3S3P3d4S4P4d4f5S5P5d5f6S6P6d7S2PEQPONML Kℓ=3 ℓ=2 ℓ=1 ℓ=0

اسلاید 70: +-مولد ولتاژ زیادکاتد ملتهبآندسطح (داخلی) پوشیده ازسولفید رویخلاءاشعه کاتدیپرتوهای الکترونیHigh voltage DC10000-15000 v6v ACنکته 1: کاتد را از هر نوع فلزی انتخاب کنیم در میزان و ماهیت اشعه کاتدی ندارد . نکته 2 : موقعیت آند بر مسیر اشعه اثر ندارد . نکته 3 : شدت وانرژی اشعه به اختلاف پتانسیل بستگی دارد .

اسلاید 71: +-10000-20000V DC-+اشعه کاتدی در غیاب میدان الکتریکیسطح (داخلی) پوشیده ازسولفید رویآندکاتدملتهبلامپ خلاءصفحه بدون باردار6v ACکلید

اسلاید 72: +-+++- - --انحراف اشعه کاتدی در میدان الکتریکیسطح (داخلی) پوشیده ازسولفید رویآندکاتدملتهبلامپ خلاءصفحه باردار6v AC10000-20000V DC+کلیدنکته : میزان انحراف اشعه به مقداربار دو صفحه خازن بستگی دارد .

اسلاید 73: +-مولد ولتاژ زیادکاتد ملتهبآندسطح (داخلی) پوشیده ازسولفید رویلوله خلاءانحراف اشعه کاتدی در میدان الکتریکیHigh voltage DC10000-20000 v ++++- - - -+-روزنه عبور پرتوهای الکترونی

اسلاید 74: +-مولد ولتاژ زیادکاتدآندگاز با فشارکمتخلیه الکتریکیپرتوهای الکترونی

اسلاید 75: +-مولد ولتاژ زیادکاتدآندلوله خلاءخصلت ذره ای الکترونHigh voltage DC10000-20000 v منفذعبور پرتوهای الکترونی

اسلاید 76: -عبور اشعه ایکس از بسیاری اجسام (بجز استخوان و فلزات) چوبکاتد ملتهبپرتوهای الکترونیhigh voltageهدف یک فلز است و طول موج طیف خطی اشعه حاصل به نوع فلزو(ولتاژ) بستگی دارداشعه ایکسX- raysخلاء√= a(z-b) عدد اتمی فلز) ) Z = بارهسته ÷ بارپروتون : فرکانس = اعداد ثابتb , aهدف-+آند

اسلاید 77: ماهیت پرتوهای رادیواکتیوماده رادیو اکتیو(رادیم کلرید)محفظه سربی+-صفحه باردار(خازن)42He2+ : -10 e :آلفاگامابتاخلاء00 :

اسلاید 78: ماهیت پرتوهای رادیواکتیوو مقایسه نفوذ آنهاماده رادیو اکتیومحفظه سربی+-صفحه باردار(خازن)42He2+ : -10 e :آلفاگامابتاخلاء00 : ورقه ضخیم سرب ورقه آلومینیمورقه کاغذ

اسلاید 79: +n=1n=2n=3(لایه ظرفیت)لایه ظرفیت (والانس)(آخرین لایه الکترونی )هسته

اسلاید 80: +++تشکیل پیوند کئووالانسیH + H  H2 +گرما +

اسلاید 81: --+--+-++-تشکیل پیوند کئووالانسی (اشتراک الکترون های ظرفیت) بین دو اتم هیدروژن

اسلاید 82: +++8+6++H2 + ½O2 H2O +گرماتشکیل آبOHH

اسلاید 83: -+--------+-------+----------+----پیوند در منواکسید کربنOCCO

اسلاید 84: تشکیل پیوند داتیو بین H+ و NH3++++++++++NH4+H+NH3جفت الکترون ناپیوندیجمع پروتونها = 11جمع الکترونها =10بارالکتریکی = 1+

اسلاید 85: +17-17+11-10+17-18+11-11Na +Cl  Na+ + Cl-NaClNa+Cl-تشکیل پیوند یونی ( الکترو والانسی )

اسلاید 86: --9+---------3+----9+--------3+-تشکیل پیوند الکترو والانسی (یونی )فلز لیتیمنافلز فلوئورFLiF-+Li+E--3+---9+--------3+-Li+کاتیون لیتیم--9+---------9+--------F-آنیون فلوئورید

اسلاید 87: ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++پیوند فلزیابر الکترونی نامستقریون فلز

اسلاید 88: علامتذرهبارالکتریکیجـــــرم1+1p0-1e10nوومثل: و 00علامت اختصاری عنصرعدد اتـمیعدد جرمیبار الکتریکیاتمـیســیـته3216s22-مثل:11H2+

اسلاید 89: d عناصر واسطه (خارجی)f عناصر واسطه (داخلی)عناصر اصلیعناصر اصلی

اسلاید 90: CuAgAgAg+CuCuAgAg+Cu/Cu2+Ag+/AgCu → Cu2+ + 2e-2(Ag+ +e- → Ag)آندکاتدCu + 2Ag+ → Cu2+ + 2Ag-+پیل الکتروشیمیاییCu2+نیم واکنشها : خلاصه واکنش پیل : اکسایشکاهـشدیواره متخلخلCu → Cu2+ + 2e-Ag+ +e- → Ag

اسلاید 91: AgCuCu2+CuAgCuCu2+AgAgAg+Ag+Ag+Ag+Cu→CU2++2e- 2Ag++2e-→2Ag↓پیل مس - نقره

اسلاید 92: +-آند(+)کاتد(-)مولد جریان مستقیم +-الکترولیز

اسلاید 93: +H2-Oمولد جریان مستقیم +-آند(+)کاتد(-)+H2-O++HHباطری↑ گاز اکسیژنگاز هیذوژن↑الکترولیزآب4H++4e-→2H2↑2O2- →O2↑+4e-4H2O+4e- →2H2↑+4OH-2H2O→O2↑+ 4H++4e-H2O→H2+1/2O2نیم واکنش های واقعی:نیم واکنشهای نمادی:

اسلاید 94: +H2-Oمولد جریان مستقیم +-الکترولیزآبآند(+)کاتد(-)+H2-O++HHباطری↑ گاز اکسیژنگاز هیذوژن↑

اسلاید 95: OHHOHHOHH-+OOHHOHHOHH------++++++- +H+H+H+H+H+OHHOHHHHOHOHOHOHOHیون هیدراکسید :کاتیون هیدروژن :H+OH+H+H+با یک (یاچند ملکول آب) بصورت [H3O]+ یا +[(H2O)nH3o]در می آید[OH]-[H3O]+ هیدرونیم (یا اکسونیم) :

اسلاید 96: Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Na+Cl-Cl-Na+Cl-Na+Na+Cl-Na+Cl-Na+Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-لایه یونی از بلور نمک طعام

اسلاید 97: Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Na+Cl-Cl-Na+Cl-Na+Na+Cl-Na+Cl-Na+Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Na+Cl-Cl-Na+Cl-Na+Na+Cl-Na+Cl-Na+Na+Cl-Cl-Na+Cl-Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Cl-Na+شبکه بلورجامد یونی

اسلاید 98: -+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+جامد ملکولی با قطبیت موقت I Iید

اسلاید 99: ----++++----++++----++++----++++جامد ملکولی (با قطبیت دائم)HCl

اسلاید 100: تعیین شعاع اتمی و یونیفاصله مرکز هسته تا آخرین لایه الکترونی را شعاع اتمی (یا یونی) میگویند : شعاع اتم یا یون بدلایل زیر تغییر میکند ولی فاصله هسته ها را میتوان اندازه گرفت :1- احتمال وجود الکترون با دورشدن ازهسته به صفر نمیرسد .2- ابرالکترونی تحت تاثیر میدان اتمهای مجاور تغییر میکند . شعاع اتمی موثر یک عنصر در پیوند با اتمهای مختلف ممکن است متفاوت باشد . شعاع اتمها در ترکیب با عناصر متفاوت تغییر میکند . شعاع فلزات به عدد کئوردیناسیون آن در شبکه بلور بستگی دارد .

اسلاید 101: شعاع کئووالانسی : نصف فاصله تعادلی دوهسته یکسان با پیوند کئووالانسی ساده (حالت جامد) (در نافـلـزات با ملکولهای دو اتمی) شـــعاع اتمی محسوب میشود .

اسلاید 102: minmaxdشعاع کئووالانسی شعاع کئووالانسی=rc= = فاصله تعادلی dd12

اسلاید 103: شعاع واندروالسی : نصف فاصله تعادلی دوهسته ازدو ملکول مجاور(یک یا دواتمی ) درحالت جامد که فقط با جاذبه الکترواستاتیکیمتقابل هسته و الکترونهای یک ملکول با ملکول دیگر (بدون پیوند شیمیایی) درکنار یکدیگر قرار گرفته اند .

اسلاید 104: minmaxdشعاع واندروالسی شعاع واندروالسی=rv = = فاصله تعادلی dd12

اسلاید 105: minmaxdشعاع واندروالسی شعاع واندروالسی= =rv = فاصله تعادلیdd12

اسلاید 106: شعاع اتمی : در فلزات نصف فاصله تعادلی دو هسته مجاور در شبکه بلوری فلز(جامد) می باشد.

اسلاید 107: شبکه بلور فلزشعاع اتمی فلزاتنکته : شعاع اتمی فلزات به عدد کئوردیناسیون آنها بستگی دارد ++++ddd شعاع اتمی فلزrA= d12

اسلاید 108: شعاع یونی : در ترکیباتی که اختلاف اندازه یونها زیاد است (مثل یدید لیتیم) یونهای بزرگ در شبکه بلور(جامد) مماس با هم بوده و نصف فاصله تعادلی دو هسته (آنیون یا کاتیون ) شعاع آنرامعلوم میکندو اختلاف فاصله دو هسته آنیون وکاتیون با شعاع یون بزرگتر ، شعاع یون کوچکتر رامعلوم میکند .

اسلاید 109: کاتیون لیتیمآنیون یدیدd2=r1+r2 r1 = r2=d2-r1 لیتیم یدیدLi I r2 r1d1d2تعیین شعاع یونی در حالتی( که بعلت بزرگی یکی از یونها در شبکه بلور) یونهای بزرگتر با هم مماسند d12

اسلاید 110: r1 r2آنیون یدیدکاتیون سزیمdd=r1+r2 : شعاع آنیون یدید را که از آزمایش قبل بدست آورده ایم دررابطه میگذاریمتعیین شعاع در حالتی که یونها ی همنام در بلور مماس نیستند

اسلاید 111: + - + - + - + - -----------+++++++++++جهت گیری ملکولهای قطبی در میدان الکتریکی+ -کلید