مدل های اتمی دانشمندان همراه با نظریه ها از تالس تا پائولی

مدل های اتمی دانشمندان همراه با نظریه ها از تالس تا پائولی

اسلاید 1: کاری از : مونا مهرینام دبیر:سرکار خانم رضاپورمدل های اتمی دانشمندان همراه با نظریه ها از تالس تا پائولی

اسلاید 2: آب را عنصر اصلی سازنده ی جهان میدانستتالس فیلسوف یونانی

اسلاید 3: دویست سال بعد سه عنصر:هوا و خاک و آتش را به عنصر پیشنهادی تالس افزود و این چهار عنصر را عناصر سازنده ی کاینات اعلام کردارسطو

اسلاید 4: در این کتاب ضمن معرفی عنصر ماده ای که نمی توان آن را به مواد ساده تری تبدیل کرد،شیمی را علمی تجربی نامید و از دانشمندان خواست افزون بر مشاهده کردن،اندیشیدن و نتیجه گیری به پژوهش های عملی اقدام کنند.دوهزار سال بعد این دانشمند انگلیسی با انتشار کتابی با عنوان شیمی دان شکاک مفهوم تازه ای از عنصر را معرفی کرد.رابرت بویل

اسلاید 5: این دیدگاه که همه ی مواد از ذره های کوچک و تجزیه ناپذیری به نام اتم ساخته شده اند،برای نخستین بار توسط این دانشمند یونانی مطرح شده بود ولی در اسلاید های بعد خواهیم خواند که دالتون با اجرای آزمایش های بسیار از نو به آن دست یافت.

اسلاید 6: شیمی دان انگلیسی با نظریه اتمی خود گام مهمی در ماده و ساختار آن برداشت.او بااستفاده از واژه ی اتم که به معنای تجزیه ناپذیر است ذره های سازنده ی عنصر را توضیح داد.وی نظریه ی اتمی خود را در هفت بند و به شرح زیر بیان کرد:(قانون نسبت های معین)**دارای مدل اتمی

اسلاید 7: دانشمند معروف انگلیسی مشاهده کرد که به هنگام عبور جریان برق از درون محلول یک ترکیب شیمیایی فلزدار-روشی که به آن برقکاف میگویند-یک واکنش شیمیایی در آن به وقوع می پیونددفیزیک دان ها برای توجیه این مشاهده ها برای الکتریسیته ذره ای بنیادی پیشنهاد کردنند و آن را الکترون نامیدنند

اسلاید 8: جورج استونی

اسلاید 9: با مطالعه بر روی پرتو ی کاتدی به این نتایج دست یافت:1-پرتوهای کاتدی به خط راست حرکت میکنند.2-پرتوهای کاتدی دارای بار الکتریکی منفی هستند.(باایجاد کردن میدان الکتریکی و منحرف شدن پرتو به سمت قطب مثبت)3-همه ی مواد دارای الکترون هستند.(با عوض کردن جنس کاتد به این نتیجه رسید)جوزف تامسون

اسلاید 10: پس از موفقیت در اندازه گیری نسبت بار به جرم الکترون و پس از موفقیت میلیکان در بدست آوردن بار الکتریکی الکترون آزاد وی توانست به این ترتیب و نسبت به دست آمده را محسبه کند.و مقدار به دست آمده برای بار و جرم الکترون به ترتیب است.

اسلاید 11:

اسلاید 12: درحالی که تامسون روی پرتوهای کاتدی مطالعه میکرد این فیزیک دان روی خاصیت فسفر سانس مواد شیمیایی کار میکرد به طور اتفاقی با پدیده ی جالبی روبه رو شد.تفاوت این پرتو با پرتویی که تامسون کشف کرد در این است که این ماده یعنی فسفر سانس با قطع منبع تابش نور بازتاب پرتو آن قطع نشده بلکه تازه کارش زمانی شروع می شود که منبع از تابش ایستاده و این ماده تا مدتی پس از قطع منبع بازتاب خود را به دنبال داردهانری بکرل***یکی از عکس های بکرل که قطعه ای از عکس که نور ندیده به وضوح دیده می شود

اسلاید 13: .بکرل که به طور تصادفی به خاصیت مهمی پی برده بود که این دانشمند معروف لهستانی آن را پرتوزایی و مواد دارای این خاصیت را پرتوزا نام نهاده است.ماری کوری

اسلاید 14: این دانشمند که همکار تامسون بود نیز به این موضوع (پرتو ی دارای مواد فسفر سانس)علاقه مند شد و پس از سالها تلاش فهمید تابشی که بکرل نخستین بار به وجود آن پی برده بود خود ترکیبی از سه نوع تابش مختلف استارنست رادرفورد

اسلاید 15: .

اسلاید 16: سپس باایجاد کردن میدان الکتریکی مشاهده کرد هر کدام از این پرتو ها به سمتی منحرف شدند(پرتوی به سمت قطب مثبت پس بار آن منفی بوده و پرتوی به سمت قطب منفی منحرف شده پس بار آن مثبت بوده و پرتوی هیچ انحنایی نداشته پس خنثی میباشد)(دلیل انحنای کمترپرتوی جرم بیشتری است که نسبت به پرتوی دارد.)

اسلاید 17: رادرفورد نتوانست تشکیل تابش های حاصل از مواد پرتوزا را به کمک مدل اتمی تامسون توجیه کند.به همین دلیل برای شناسایی دقیق تر در ساختار اتم آزمایشی را طراحی کرد در این آزمایش ورقه ی نازک طلا را(دلیل انتخاب طلا آن بود که هم فلز سنگینی است و میشود ان را به ورقه های نازک تبدیل کرد)با ذره های آلفا بمباران کرد،به امید آنکه همه ی ذره های پرانرژی و سنگین آلفا که دارای بار مثبت هستند باکمترین میزان انحراف از این ورقه ی نازک عبور کنند.اما این آزمایش نتایج دیگری داشت

اسلاید 18: او مشاهده کرد درست در مقابل قسمتی که پرتو می تابد نقطه ی پر رنگی روشن شده ولی در اطراف آن هم روشنایی هایی دیده می شود اما هم روشنایی و هم تعداد کم تری دارند اما با مشاهده ی دقیق تر متوجه تعداد پرتوهای خیلی کمتری شد که با زاویه ی بیش از نود درجه انحنا داشته و قسمت هایی را خیلی کم روشن کرده.

اسلاید 19: او با انجام این آزمایش به نتایجی رسید و مدل دیگری را برای اتم پیشنهاد کرد که مدل اتم هسته دار نامیده شد،نتایج وی همگی در جدول زیر نشان داده شده است.نتیجه گیریمشاهدهبیشتر حجم اتم را فضای خالی تشکیل می دهد.بیشتر ذره های آلفا بدون انحراف و در مسیری مستقیم از ورقه ی نازک طلا عبور کردندیک میدان الکتریکی قوی در اتم وجود دارد.تعداد زیادی از ذره های آلفا بازاویه ی اندکی از مسیر اولیه منحرف شدند.اتم طلا هسته ای بسیار کوچک با جرم بسیار زیاد دارد.تعداد بسیار اندکی از ذره های آلفا (حدود یک از بیس هزار)با زاویه ای بیش از از مسیر اولیه منحرف شدند.

اسلاید 20: با مشاهده روی این آزمایش به نتایجی دست یافت که کاملا مدل تامسون را نقض میکنیدنتایج تامسوننتایج رادرفوردتجمع بار مثبت درفضای اتم پراکنده استتجمع بار مثبت در هسته ی اتمجرم اتم وابسته به تعداد الکترون های پراکنده در فضای اتم استجرم اتم وابسته به هسته ی آن(تعداد پروتون هاست)هیچ صحبتی از وجود هسته نکرد.وجود هسته

اسلاید 21: آزمایش های بعدی او نیز باعث کشف دومین ذره ی سازنده ی اتم نیز شد.این ذره پروتون نام گرفت.پروتون ذره ای با بار الکتریکی مثبت است.بزگی بار الکتریکی پروتون با بارالکترون برابر است و جرمی 1837بار سنگین تر از جرم الکرتون دارد.او یک سال بعد از وجود ذره ای دیگر در اتم سخن به میان آورد او گفت:((پروتون ها تنها ذره ی سازنده ی هسته نیستند بلکه آزمایش های من نشان می دهدکه در هسته ی اتم باید ذره ی دیگری وجود داشته باشد که بار الکتریکی ندارد اما جرم آن با جرم پروتون برابر است.))

اسلاید 22: وی مقادیر بار اندازه گیری شده را بر مقدار بار الکتریکی پروتون( )تقسیم کرد.در نتیجه عددهای صحیحی به دست آمد که وی ان را عدد اتمی نامید.در واقع این عدد تعداد پروتون ها را در اتم مشخص می کند.عدد اتمی را با حرف نشان می دهند.از انجا که اتم ذره ای خنثی است بنابراین تعداد پروتون ها با تعداد الکترون ها برابر است.پس عدد اتمی تعداد الکترون ها در یک اتم را نیز مشخص می کند.وی براین باور بود که عدد اتمی همه ی اتم های یک عنصر یکسان است.بنابراین می توان به کمک عدد اتمی نوع عنصر را معین کرد.

اسلاید 23: بعد از سالها این دانشمند پرتلاش توانست با طراحی آزمایشی هوشمندانه وجود این ذره ی خنثی را در اتم به اثبات رساند. نوترون نامی بود که بر این ذره ی تازه کشف شده نهاده شدجیمز چادویک

اسلاید 24: این دانشمند پنج سال قبل از آنکه رادرفورد از پروتون سخنی به میان آورد،یکی از دانشجویان وی که روی تولید پرتوهای مطالعه می کرد،به نتایج جالبی دست یافته بود.داده هایی که تفسیر آنها به کشف پروتون انجامید.(امروزه از او به عنوان کشف کننده ی پروتون یاد می شود اگر چه استاد او رادرفورد با تجزیه و تحلیل داده های تجربی این دانشمند به وجود پروتون پی برد.)هنری موزلی

اسلاید 25: شیمی دان آلمانی که چراغ بونزن از نوآوری های به یادماندنی اوست،موفق شد دستگاهی طراحی کند که سهم بسیاری در پیشرفت شیمی داشت.این دستگاه طیف بین نامیده شد.بونزن الگویی که از رنگ های ترکیبات مختلف به دست آمده را طیف نشری خطی نامید.رابرت بونزن

اسلاید 26: این دانشمند نخستین بار توانست طیف نشری هیدروژن را بیابد و پس از نه سال موفق به اندازه گیری دقیق طول موج هر خط شودآنگستروم

اسلاید 27: این دانشمند دانمارکی توانست ارتباط میان معنای الگوی ثابت طیف نشری خطی هیدروژن و ساختار اتم های آن را که ذهن بسیاری از دانشمندان را به خود مشغول کرده بود کشف کند.و مدل اتمی رادرفورد را برای توجیه این رابطه نارسا دانست و مدل اتمی تازه ای برای اتم هیدروژن پیشنهاد کرد.نیلز بور

اسلاید 28: اومدل اتمی خود را بافرض های زیر ارائه کرد:1-الکترون در اتم هیدروژن در مسیری دایره ای شکل که مدار نامیده می شود به دور هسته گردش میکند.2-انرژی این الکترون ها با فاصله ی آنها از هسته رابطه ی مستقیم دارد در واقع هرچه الکترون از هسته دورتر می شود،انرژی آن افزایش می یابد.3-این الکترون فقط میتواند در فاصله ی معین و ثابتی پیرامون هسته گردش کند.در واقع الکترون فقط اجازه دارد که مقادیر معینی انرژی داشته باشد.به هریک از این مقادیر انرژی تراز انرژی گفته می شود.(تعداد محدودی از این ترازهای انرژی در اتم وجود دارد.)4-این الکترون معمولا در پایین ترین تراز انرژی ممکن(نزدیک ترین مدار به هسته)قرار دارد.به این تراز انرژی حالت پایه می گویند.5-بادادن مقدارمعینی انرژی به این الکترون می توان آن را قادر ساخت که از حالت پایه(تراز با انرژی کمتر)به حالت برانگیخته(ترازی که با انرژی بالاتر)انتقال پیدا کند.6-الکترون در حالت برانگیخته ناپایدار است،ازاین رو همان مقدار انرژی را که پیش از این گرفته بود از دست می دهد و به حالت پایه باز می گردد.

اسلاید 29: این فیزیک دان مشهور اتریشی بر مبنای رفتار دو گانه ی الکترون و باتاکید بر رفتار موجی آن مدلی برای اتم پیشنهاد داد.او در این مدل به جای محدود کردن الکترون به یک مدار دایره ای شکل، از حضور الکترون در فضایی سه بعدی به نام اوربیتال سخن به میان آورد. اروین شرودینگر

اسلاید 30: او پس از انجام محاسبه های بسیار پیچیده ی ریاضی نتیجه گرفت،همانگونه که برای مشخص کردن مکان یک جسم در فضا به سه عدد(طول،عرض و ارتفاع)نیاز است،برای مشخص کردن هر یک از اوربیتال های یک اتم نیز به چنین داده هایی نیاز داریم.او به این منظور از سه عدد ، ، استفاده کرد که عددهای کوانتومی خوانده می شوند.که عدد کوانتومی اصلی گفته می شود،همان عددی است که بور برای مشخص کردن تراز های انرژی در مدل خود به کار برده بود.در مدل کوانتومی به جای تراز های انرژی از واژه ی لایه ی الکترونی استفاده می شود و تراز انرژی آنها را معین می کند.پایدارترین لایه ی الکترونی را نشان می دهد و هرچه بالاتر رود تراز انرژی لایه ی الکترونی افزایش می یابد.(اطراف اتم حداکثر هفت لایه ی الکترونی مشاهد شده است.)

اسلاید 31: مشاهده نشان داده است که الکترون های موجود در یک لایه ی الکترونی،گروه های کوچکتری نیز تشکیل می دهند.به هر یک از این گروه ها زیر لایه می گویند. تعداد زیر لایه های هر لایه ی الکترونی را نیز مشخص می کند.برای مثال در لایه ی الکترونی دو زیر لایه وجود دارد.زیر لایه هارا با عددکوانتومی اوربیتالی ( )مشخص میکنند.تمام اتم ها حداکثر می توانند4زیر لایه داشته باشند.زیرا تعداد زیر لایه ها از لایه ی 4 به بعدهمانند لایه ی قبل است.زیر لایه ها عبارتند از:زیر لایه اول که عدد اوربیتال آن است و با نماد نشان داده می شود دارای تک خانه است.زیر لایه ی دوم که عدد اوربیتال آن است وبانماد نشان داده می شود و دارای سه خانه است.زیرلایه ی سوم که عدد اوربیتال ان است و بانماد نشان داده می شود و دارای پنج خانه است و زیر لایه ی آخر که عدد اوربیتال آن است و با نماد نشان داده می شود و دارای هفت خانه است.عددی که نشان می دهد از منفی تا مثبت آن را در بر می گیرد.علاوه براین ها می تواند شکل و تعداد اوربیتال ها را مشخص کند.شکل اوربیتال موجود در زیر لایه ی کروی و زیر لایه ی دمبلی است.

اسلاید 32: سومین عدد کوانتومی که عدد کوانتومی مغناطیسی( ) گفته می شود،جهت گیری اوربیتال هارا در فضا معین میکنند. همه عدد های صحیح بین منفی تا مثبت را داراست.برای مثال اگر باشد،برای مقادیر و و به دست می آید.در هر زیر لایه به تعداد اوربیتال وجود دارد.برای مثال در زیر لایه ی که است، اوربیتال یافت می شود که تعداد همان خانه های هر زیر لایه است.برای دادن آدرس اوربیتال ها به شیوه ی زیر عمل می شود:شماره ی لایه الکترونی (اندازه اوربیتال)نماد حرفی مشخص کننده ی زیر لایه (شکل اوربیتال)آدرس زیر لایهجهت گیری اوربیتال

اسلاید 33: با کمک گرفتن از سه عدد و و به ترتیب:اندازه و شکل و جهت گیری اوربیتال های اتمی تعیین می شود اما بعد از مدتی نشان داده شد این سه عدد برای مشخص کردن آدرس یک الکترون در اتم کافی نیست با وجود قرار داشتن دو الکترون در یک اوربیتال.قطب های مغناطیسی الکترون دوم در برابر قطب های مغناطیسی ناهم نام الکترون اول قرار می گیرد و شرط لازم برای چنین آرایشی در یک اوربیتال آن است که الکترون ها در دو جهت مخالف هم (یکی در جهت حرکت عقربه های ساعت و دیگری برخلاف انها)به دور محور خود بگردنداز این رو برای مشخص کردن جهت گردش الکترون ها،به هر حالت یک عدد کوانتومی نسبت داده شد که به آن عدد کوانتومی مغناطیسی اسپین ( )می گویند.این عدد تنها دو مقدار ( برای چرخش در جهت حرکت عقربه های ساعت و برای چرخش در خلاف جهت عقربه ای ساعت)خواهدداشت. ( برای و برای )

اسلاید 34: در سالهای بعد این فیزیک دان با ارائه ی اصلی که طرد پائولی نام گرفت اظهار داشت:((هیچ اوربیتالی در یک اتم نمی تواند بیش از دو الکترون در خود جای دهد.))در بیان دیگری از اصل طرد پائولی می خوانیم:((در یک اتم هیچ دو الکترونی نمی توان یافت که هر چهار عدد کوانتومی آنها ( و و ) باهم برابر باشد.یک نتیجه گیری مهم از این اصل ان است که در هر اوربیتال حداکثر دو الکترون آن هم بااسپین مخالف قرار می گیرند.پائولی

اسلاید 35: ***مثالآرایش الکترونی رابه صورت نوشتاری و نموداری نوشته و الکترونی باویژگی های زیر را در آن مشخص کنید.

اسلاید 36: آرایش الکترونی اتمبه این ترتیب مدل کوانتومی اتم به ما این امکان را میدهد که چگونگی آرایش الکترون ها در اتم ها را تعیین کنیم.از انجا که الکترون ها همواره تمایل دارند تا در پایین ترین تراز انرژی قرار گیرند،بنابراین از پایین ترین تراز های انرژی شروع به پر شدن میکننددر شکل روبه رو نشان می دهد که پرشدن زیرلایه هایی که بیش از یک اوربیتال هم انرژی دارند به گونه ای است که ابتدا در هر اوربیتال یک الکترون وارد می شود و این کار تا نیمه پرشدن زیر لایه ادامه می یابد.سپس زیرلایه ی نیمه پرشده شروع به کامل شدن می کند.به این قاعده،قاعده ی هوند می گویند.

اسلاید 37: اصل آفبا و جدول تناوبی عنصرهااگر برای رسم آرایش الکترونی اتم عنصر های دیگر از اتم هیدروژن شروع کنیم سپس یک به یک بر تعداد پروتون های درون هسته و الکترون پیرامون آن بیفزاییم،به این گونه،اتم عنصرهای سنگین تر از هیدروژن را به ترتیب افزایش عدد اتمی ساخته ایم.این شیوه ی دست یافتن از یک تم به اتم دیگر را اصل بنا گذاری یا آفبا می گویند.

اسلاید 38: ***نکته:در پرشدن زیرلایه ها همیشه در یک لایه قبل پر می شود،زمانی پر می شود که کامل پر شود.وتا زمانی که به نرسیم و کامل پر نشود زیر لایه ی در لایه ی 4 پر نمی شود.الکترونی که به سمت بالا قرار دارد و است پایدارتر است.و قرار گیریش در الکترون در اولویت است.در آرایش الکترونی عناصر آخرین زیرلایه ای که پر می شود و باآن کار آرایش تمام می شود دسته ی آن عنصر می نامیم.برای مثال در آرایش الکترونی اتم آرگون آخرین زیر لایه ای که پر می شود است.پس دسته ی این عنصر است.