شیمی
 
قالب وبلاگ
نويسندگان
آخرين مطالب
پيوندهای روزانه

در این مقاله سعی داریم تا داستان تکامل نظریه اتمی و در نهایت نظریه های اتمی مدرن و تحقیقات انجام گرفته در این زمینه را به طور مختصر مورد بررسی قرار دهیم. که برای دانش آموزان و دانشجویان علاقمند به شیمی، فیزیک و مباحث مربوط به اتم می تواند قابل بوده و همچنین برای افرادی که در مورد تاریخچه کشف اتم می خواهند به تحقیق به پردازند مورد استفاده قرار گیرد. در ضمن متذکر می شود که نویسنده مقاله در حال نگارش کتابی در همین زمینه می باشد که به طور مفصل به شرح تاریخچه اتم پرداخته و می تواند مرجع کاملی در این زمینه باشد. 

 

- نظریه اتمی در عهد عتیق:

داستان اتم دارای فراز و نشیب های بسیاری می باشد که دانستن آن بسیار جالب و آموزنده است. گفته می شود برای اولین بار لوسیپوس  leucippus ایده تشکیل مواد از ذرات بی نهایت ریز را مطرح ساخته است. او در شهر آبدرا در یونان نظریات خود را به دیگران آموزش می داد. معتقد بود مواد را می توان با بریدن، شکستن و... می توان به ذرات کوچکتر و کوچکتری تقسیم نمود. ولی در یک جایی این تقسیمات پایان می یابد و به ذره ای می رسیم که دیگر قابل تقسیم نخواهد.

 

 

 لوسیپوس شاگردی داشت به نام دموکریتوس که به نظریه استاد علاقمند شده و سعی در گسترش آن نمود. وی سفرهای بسیاری نمود و رساله های زیادی نوشت،‌که بر اثر مرور زمان رساله هایش از بین رفتند.

 

دموکریتوس Democritus  که حدود ۴۰۰ سال قبل از میلاد می زیست معتقد بود که جهان از اتم و فضای خالی تشکیل شده است و اتم ها ذرات غیر قابل تجزیه هستند و تقسیم ناپذیرند. توجه شود که اتم نام خود را نیز از همین تجزیه ناپذیریش کسب کرده است.(A علامت نفی بوده و tom به معنای قابل تجزیه می باشد.)

 

 

 

 

 

 

 نظریات لوسیپوس و دموکریتوس توسط افرادی چون اپیکوروس Epicurus و لوکریتوس Lucretius به آینده راه یافت به طوریکه ملاصدرا در ایران اقدام به تکمیل نظریه اتمی و استفاده از ان در فلسفه و تمثیل نمود.

 

- بازگشت به نظریه اتمی در عصر جدید :

در سال ۱۷۸۰ میلادی لاوازیه Lavoisier با کشف قانون بقای جرم که می گفت : " جرم کلی مواد در واکنش شیمیایی تغییر نمی یابد و جرم مواد اولیه با جرم محصولات برابر است." یک گام جدید در توسعه نظریه اتمی به پیش رفت.

در سال ۱۷۹۷ پروست Proust فرانسوی قانون نسبتهای معین را پیشنهاد نمود که می گفت" در یک ترکیب شیمیایی نسبت وزنی عناصر به یکدیگر مقداری ثابت است."  یعنی 1 گرم هیدروژن با 8 گرم اکسیژن ترکیب می شود.

 

جان دالتون John Dalton معلم انگلیسی در سال ۱۸۰۸ با استفاده از نظریات لاوزیه و پروست و همچنین مطالعه نظریات گذشتگان نظریه مدرن اتمی خود را به شرح زیر بیان داشت:

۱- ماده از ذره های تجزیه ناپذیری به نام اتم تشکیل شده است.

۲- همه اتم های یک عنصر از لحاظ فعالیت های شیمیایی مشابه یکدیگرند.

۳- همه اتمهای یک عنصر جرم های کاملاً یکسان دارند.

۴- اتمها نه به وجود می آیند و نه از بین می روند.

۵- اتم های عناصر مختلف به هم پیوسته و اتم های مرکب به وجود می آورند.

۶- در هر مولکول از یک ترکیب معین، همواره نوع و تعداد اتمهای سازنده یکسان است.

۷- واکنش های شیمیایی شامل جا به جایی یا تغییر در شیوه اتصال آنهاست و اتمها طی این واکنش ها تغییری نمی کنند.

 

- چالش های نظریه اتمی دالتون :

هرچند که در زمان های آینده اکثر بندهای نظریه اتمی دالتون نقض شد ولی در زمان خود این نظریه به دلیل اینکه توانست پدیدهای زیادی را توجیه نماید از مقبولیت زیادی برخوردار گردید.

گیلوساک Gay lussac فرانسوی در سال ۱۸۰۹ میلادی قانونی را در مورد واکنش گازها پیشنهاد نمود که در نگاه اول با نظریه اتمی دالتون تضاد داشت. نظریه گیلوساک به شرح زیر می باشد:

" همیشه نسبت ساده ای بین حجم گازهای شرکت کننده در واکنش برقرار است. مثلاً دوحجم گاز هیدروژن با یک حجم گاز اکسیژن ترکیب شده و دو حجم بخار آب ایجاد می نماید."

اگر نسبت ساده ۲ به ۱ میان گازهای هیدروژن و اکسیژن را درست فرض کنیم. پس بایستی نسبت ساده ۲ به ۱ بین ذرات این دو گاز نیز برقرار باشد. با توجه به اینکه دالتون کوچکترین ذرات هر عنصر گازی شکل را اتمهای منفرد می پنداشت در مورد این آزمایش وی می گفت: " باید دو اتم هیدروژن با یک اتم اکسیژن واکنش داده و دو اتم آب به وجود آورد، یعنی یک اتم اکسیژن باید به دو نیم تقسیم شود که امکان پذیر نیست.

آووگادرو Avogadro در سال ۱۸۱۱ میلادی با آزمایش های خود به نتایجی رسید که این تضاد را رفع نمود. نتایج آزمایش آوگادرو به این شرح است:

۱- ذرات گازهایی مانند هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن، کلر و ... به صورت دو اتمی است نه تک اتمی.

۲- حجمهای یکسان از گازها در شرایط مشابه از لحاظ دما و فشار دارای تعداد مساوی مولکول هستند.

قانون دوم، بعدها به قانون آووگادرو معروف شد.

در این حالت داریم که دو مولکول دو اتمی هیدروژن با یک مولکول دو اتمی اکسیژن ترکیب می شود که هر اتم اکسیژن با دو اتم هیدروژن ترکیب شده و یک مولکول سه اتمی به وجود می آید.

آوگادرو بعد از رفع این تناقض نوشت:

" دیگر ناگزیر نیستیم که مانند دالتون آشتفه خاطر شویم و از خود بپرسیم که چگونه می توان یک اتم را به دو نیم تقسیم کرد؟ در اینجا O2 نه O. "

 

- اشعه کاتدی و نظریه اتمی :

بعدها با کشف اشعه کاتدی و آزمایش های انجام شده بر روی آن و با توجه به اینکه این آزمایشات نشان دهنده وجود ذره ای کوچکتر از اتم با بار منفی هستند، بنابراین نظریه اتمی دالتون به چالش بزرگی کشانده شده است، اما درعلم برای اثبات وجود یک ذره  باید مختصات آن ذره یعنی جرم و مقدار بار آن تعیین گردد.

 

- تعیین مختصات الکترون :

ژوزف جان تامسون Joseph John Thomson  دانشمند انگلیسی تبار با ارائه دو آزمایش که به آزمایش های اول و دوم تامسون معروف هستند، توانست مقدار e/m یک الکترون اندازه گیری نماید. آزمایش های تامسون به شرح زیر است:

 

 

1- آزمایش اول تامسون:

نتیجه ای که از آزمایش اول تامسون  بدست آمد، رابطه بین e/m را با داده های قابل اندازه گیری نشان می دهد.

 e/m = 2Q/ r2H2q

۲- آزمایش دوم تامسون:

لازم بود برای تأیید نتایج آزمایش اول آزمایش جدیدی طراحی گردد که در صورت انطباق نتایج با هم قطعیت آن پذیرفته شود.

نتایج به دست آمده از آزمایشات تامسون عبارتند از:

۱. سرعت الکترون حدوداً ۰.۱ سرعت نور می باشد.

۲. مقدار e/m بدست آمده برای الکترون برابر است با  108*1.76 کولن بر گرم است، که حدود ۲۰۰۰ برابر  e/m بدست آمده برای یون +H است.

 

تامسون با توجه به مطالب فوق به این نتیجه رسید که اولا" نظریه دالتون مبنی بر تجزیه ناپذیر بودن اتم دیگر بایستی ترد گردد و ثانیاً جرم الکترون و بار آن بایستی بسیار بزرگتر از جرم و بار یون هیدروژن باشد. و بر این اساس مدل اتمی خود را که اولین مدل اتمی نیز بود به شرح زیر مطرح ساخت:

 

- مدل اتمی تامسون:

 ۱- الکترون ها که ذاراتی با بار منفی هستند درون فضای کروی شکل ابر گونه ای با بار الکتریکی مثبت پراکنده اند.

۲- اتمها در مجموع خنثی هستند، بنابراین مقدار بار مثبت فضای کروی ابرگونه با مجموع بار الکترونها برابر است.

۳- این ابر کروی جرمی ندارد و جرم اتم به تعداد الکترونهای آن بستگی دارد.

۴- جرم زیاد اتم از وجود تعداد زیادی الکترون در آن ناشی می شود.

 

 

 

این مدل به مدل کیک کشمشی یا هندوانه ای تامسون معروف گردید.

 

 

- اندازه گیری بار الکترون توسط میلیکان:

رابرت میلیکان دانشمند امریکایی طی یک آزمایش هوشمندانه توانست یکی از کمیت های بسیار مهم الکترون یعنی مقدار بار الکتریکی آن را اندازه گیری نماید. بعد از اندازه گیری بار الکترون توسط میلیکان با توجه به آزمایشات تامسون اندازه گیری جرم الکترون نیز میسر گردید. که این دو کمیت برابرند با : 

 e=1.6*10-19c   ,    m = 9.1*10-28g

- اشعه مثبت یا اشعه آندی:

یوجین گلد اشتاین در سال ۱۸۸۶ میلادی مشاهده نمود که وقتی در دستگاه اشعه کاتدی به جای کاند از یک صفحه سوراخدار استفاده می شود. یک دسته شعاع نورانی در پشت آند ظاهر می شود که رنگ آن به جنس گاز درون وابسته بوده و مانند نوری است که در فشار ۰.۰۱ اتمسفر در لوله اشعه کاتدی ظاهر می شود. 

 

- اشعه X یا اشعه مجهول :

وقتی دستگاه اشعه کاتدی شروع به کار می کند و آند توسط الکترونه بمباران می شود، اشعه ناشناسی با قدرت نفوذ بالا ایجاد می گردد که می تواند از جداره سخت لوله شیشه ای عبور نماید. این اشعه به دلیل نامرئی بودنش و قدرت نفوذ بالای آن در ابتدا از چشم دانشمندان دور ماند. ولی در سال 1895 ویلهلم رونتگن آلمانی (Wilholm Konrad Rontegen ) مشاهده کرد که وقتی دستگاه اشعه کاتدی مشغول به کار است، مواد فلوئورسانسی که در یک گوشه نسبتاً دوری قرار دارند، شروع به درخشیدن می نمایند. همین مشاهده کافی بود تا ذهن خلاق رونتگن پرده از یک کشف بزرگ بردارد.

 

 او با اعلام کشف اشعه ناشناس به بررسی ویژگی های این اشعه پرداخت. یکی از اولین عکس هایی که توسط اشعه X تهیه شده بود را از دست چپ همسر رونتگن بود که حلقه ازدواجشان در آن به وضوح نمایان است.

 

 بعد از بررسی هایی که بر روی اشعه X انجام شد نتایج زیر به دست آمد:

۱- این اشعه در میدان های الکتریکی و مغناطیسی منحرف نمی شود.

۲- خواص آن شبیه امواج نورانی است، یعنی با یک اشعه الکترومغناطیس ولی با طول موج بسیار کم سروکار داریم.

۳- قابلیت نفوذ این اشعه بسیار زیاد است. حتی بیشتر از اشعه کاتدی.

امروزه از اشعه X در علوم بسیاری از جمله علوم پزشکی برای عکس برداری از بافتهای درونی بدن، ستاره شناسی برای بررسی پدیده های سماوی و شیمی برای بررسی ساختمان بلورها و در سایر زمینه های علوم نیز استفاده های مکررمی شود. 

 

 

 

پس از اندازه گیری طول موج اشعه X مشخص شد که اشعه های گوناگونی با طول موج های متفاوتی وجود دارند که همه آنها متعلق به خانواده اشعه X هستند.

هنری موزلی (Henry Gwyn Jeffreys Moseley ) با آزمایش هایی که بر روی اشعه X انجام داد پی برد که طول موج اشعه تولید شده به جنس آند یا فلزی که در مقابل اشعه کاتدی قرار می گیرد بستگی دارد. وی طول موج اشعه X را روی محور افقی و جرم اتمی را که در آن زمان نشان دهنده موقعیت عناصر در جدول تناوبی بود را روی محور عمودی وارد کرد که نموداری بدست آورد. از نمودار به دست آمده چنین نتیجه گیری شد که:

۱- با زیاد شدن جرم اتمی طول موج اشعه X تولید شده کمتر می شود.

2- جای یک عنصر بین کلسیم و تیتیانیوم خالی است.

3- برنج عنصر نبوده و آلیاژی از مس و روی می باشد.

نتایج به دست آمده در بالا جالب بودند ولی قانع کننده نبودند.

بنابراین نموداری بر مبنای ریشه دوم فرکانس اشعه X تولیده براساس شماره عنصر در جدول تناوبی رسم گردید. لازم به ذکر است که این تابع یک تابع خطی است.

v = a2(z - b)2

که در این فرمول z همان شماره عنصر، v فرکانس اشعه X بوده و مابقی فاکتورها ثابت های فیزیکی هستند.

 

مطالعات بعدی موزلی نشان داد که z همان عده بارهای مثبت در اتم است. که آنرا عدد اتمی نامیدند. از آن زمان به بعد شماره اتمها در جدول تناوبی مبنای علمی یافت.بنابراین عنصری که جای آن در جدول تناوبی خالی بود باید عنصری با عدد اتمی 21 باشد.

 

- کشف پدیده رادیواکتیو:

بعد از کشف اشعه X و بررسی خواص این اشعه دانشمندان به این فکر افتادند که آیا خاصیت فسفرسانس بودن شیشه اشعه کاتدی مربوط به خود شیشه است یا تابش اشعه اشعه X این باعث این پدیده می گردد؟ هانری بکرل (Henri Becquerel) دانشمند فرانسوی که یک آزمایشگاه مجهز به همراه سنگ نمکهای مختلف را از پدر به ارث برده به این موضوع علاقمند شده و شروع به تحقیق در این زمینه نمود. بعدها وی به بررسی میزان گسیل انرژی از نمک عنصرهای مختلف علاقمند شده و با قرار دادن آن ها در مجاورت منبع انرژی که نور خورشید بود شروع به تحقیق در این زمینه نمود. در ادامه تحقیقات وی می خواست نمک اورانیم را آزمایش نماید که متأسفانه هوا ابری بود و امکان آزمایش فراهم نشد، بکرل هرچه منتظر هوای ابری پاریس آفتابی نگردید و در نهایت وی نمک مربوطه را به همراه دو قطعه فیلم عکاسی که برای انجام آزمایش ها ضروری بود، در داخل کشوی میزش قرار داده و به منزل مراجعه نمود. تا دو روز بعد از آن روز هوا بارانی بود و دو روز نیز تعطیلات آخر هفته شنبه و یکشنبه و بکرل نتوانست به آزمایشگاه مراجعه نماید. در روز دوشنبه که هوا نسبتاً بهتر بود، بکرل به آزمایشگاه رفت و بلافاصله بعد از ورود به ازمایشگاه تصمیم گرفت تا فیلم های عکاسی را روز چهارشنبه درون کشوی میز قرار داده بود ظاهر نماید. بعد از ظهور فیلم وی با پدیده غیر منتظره ای مواجه شد. نمک های اورانیم بدون اینکه در مقابل نور آفتاب قرار بگیرند از خود انرژی منتشر نموده و بر روی فیلم های عکاسی تأثیر گذاشته بودند. بکرل از مشاهده این پدیده بسیار متعجب بود در گزارش خود می نویسد:

" تابش اغلب نمک فلئورسانس و فسفرسانس بعد از قطع شدن تابش انرژی از منبع، قطع شده یا رفته رفته از بین می رود. ولی نمک های اورانیم بدون اینکه در مجاورت منبع انرژی قرار بگیرند، انرژی از خود منتشر می نمایند که شدت این انرژی بر اثر مرور هیچ تغییری نمی نماید."

بعد از کشف این پدیده دانشمندان مختلفی به آن علاقمند شده وتحقیقات گسترده ای برای پی بردن به ماهیت این تابش انجام شد. پیر ( Pierre Curie )  و ماری کوری (Marie Curie)  بعد از انجام آزمایش های مختلف بر روی تابش جدید آنرا رادیواکتیو نامیدند، آن ها همچنین توانستند دو عنصر رادیو اکتیو  جدید به نامهای رادیوم و پولونیم را کشف نمایند.

 

- آزمایش های رادرفورد :

 

 

 

سر ارنست رادرفورد ( Ser Ernest Ratherford ) دانشمند اهل زلاندنو که فرزند یک خانواده فقیر ۱۲ نفری بود توانست بعد از اینکه دوران آمزشی خود را در آزمایشگاه کاوندیش زیر نظر تامسون طی کرد، به بررسی خواص اشعه رادیواکتیو پرداخت که در نهایت توانست با کشف های خود مدل اتمی تامسون را رد نماید. بعد از آزمایشاتی که رادرفورد انجام داد مشخص گردید که جرم اتم در هسته آن متمرکز گردیده و هسته دارای بار مثبت است. الکترونها بیرون هسته قرار داشته و حجم اتم بسیار بزرگتر از حجم هسته می باشد. بنابراین وجود دو ذره مثبت و منفی که یکی در هسته و دیگری در بیرون هسته قرار دارد مشهود گردید.

 

- کشف نوترون:

 آیا در اتم به جز الکتون و پروتون جزء دیگری نیز وجود دارد؟ رادرفورد بعد از کشف هسته اتم و با توجه به تحقیقاتی که بر روی آن انجام داد وجود ذره دیگری را در اتم پیش بینی می نمود.

در آن زمان معین شده بود که عدد اتمی نشانگر تعداد بارهای مثبت در هسته می باشد. ولی جرم اتمی اغلب عنصرها تقریباْ دو برابر تعداد بارهای مثبت بود به همین دلیل دانشمندان می گفتند که تعدادی از پروتون ها در داخل هسته با تعدادی از الکترو نها خنثی شده اند. شما اگر به کتاب شیمی سال چهارم طبیعی ۱۳۲۰ مراجعه نمایید خواهید دید که در آن آمده است که تعداد پروتونها و الکترونهای اکسیژن ۱۶ عدد می باشد که ۸ پروتون داخل هسته با ۸ الکترون خنثی شده است.

اما بعدها چادویک در سال ۱۹۳۲ با بمباران ورقه نازکی از بریلیم توسط هسته اتم هلیوم توانست وجود نوترون را به اثبات برساند. در این آزمایش وی مشاهده کرد که جریانی از ذرات بدون بار از ورقه منتشر می شود که میدان مغناطیسی و الکتریکی بر روی ان تأثیر گذار نیست ولی جرمی معادل جرم پروتون دارد. بنابراین سه ذره از ذرات اساسی موجود در اتم شناسایی گردید که مشخصات آنها به این شرح می باشد:

 

ذره                      بار                جرم

الکترون               -۱                 ۰

پروتون                +۱                ۱

نوترون                 ۰                 ۱

 ( لازم به ذکر است که در اتم بیشتر از ۶۰ نوع ذره شناسایی شده است که مهمترین آنها همین سه ذره می باشد.)

و سه عدد برای شناسایی هرچه بیشتر یک اتم به کار می رود:

عدد اتمی : تعداد پروتونها و الکترونها را معین می کند. که آنرا با Z می دهیم.

عدد جرمی: جرم یک اتم را نشان می دهد که برحسب واحد جرم اتمی می باشد. این تقریبا با جمع تعداد نوترونها و پروتونها برابر است و آنرا با A نشان می دهند.

تعداد نوترونها: را با N نشان می دهند.

A = Z + N

 

 - وضعیت قرار گرفتن الکترون ها در اتم:

 حال بعد از بررسی مکرر بایستی وضعیت قرار گیری الکترون ها در اطراف هسته را تعیین نماییم. چون طبق قوانین مکانیک کوانتوم اگر بپذیریم که الکترونها در اطراف هسته در حال حرکت هستندُ به دلیل اینکه در جریان این گردش الکترون ها هر لحظه انرژی از دست می دهند رفته رفته شعاع گردش باید کم شده و در نهایت الکترون روی اتم سقوط نماید.

 

 

 

هرچند رادرفورد توانست هسته اتم را کشف نماید و اعلام کند که الکترون ها در خارج از هسته قرار دارند اما نتوانست فرضیه مناسبی در مورد قرار گرفتن الکترون ها در اطراف هسته مطرح نماید. نیلز بور دانشمند دانمارکی این ایراد را بر نظریه رادرفورد وارد می دانست که اگر الکترونها در اطراف هسته در گردش باشند به مرور باید انرژی خود را از دست داده و به درون هسته سقوط نمایند که این مخالف با پایداری اتم می باشد. نیلز بور بعد از بررسی های خود مطرح نمود که میزان انرژی الکترونها در اطراف هسته متناسب با فاصله آنها از هسته می باشد. یعنی هرچه الکترونها از هسته دورتر باشند انرژی آنها بیشتر است. مقدار انرژی الکترونها کوانتومی بوده و الکترونها فقط در فواصل مشخصی از هسته می توانند حضور داشته باشند.

 

 

بنا بر نظریه بور در اطراف هسته اتم حداکثر هفت سطح انرژی وجود دارد، که هرچه یک اتم در سطح بالاتری باشد انرژی آن نیز بیشتر است، و راحتتر از اتم جدا می گردد. همچنین آخرین تراز انرژی هیچ وقت نمی تواند بیشتر از ۸ الکترون بگیرد. تعداد الکترونهای هر سطح برابر است با  ۲n2 که n برابر است با شماره لایه مورد نظر لایه ها را مانند شکل زیر شماره گذاری می نماییم.

 

 

 

 مدل اتمی بور توانست خطوط طیف نشری هیدروژن را توجیه نماید. اما از عهده توجیه بعضی از پدیده ها مانند خطوط طیف نشری اتمهای چند الکترونه و استثناهای بدست آمده در یونیزاسیون اتمها بر نیامد. حتی با تغییراتی که سامرفلد بر نظریه استاد انجام داد نیز این نظریه در کمتر از ۱۲ سال جای خود را به نظریه جامع تر و قویتری داده فقط بعضی از بندهای آن برای توجیه پدیده های شیمیایی مورد استفاده قرار گرفت. سامرفلد علاوه بر سطوح اصلی دایره ای شکل سطوح فرعی بیضوی شکلی را نیز در نظر گرفت که در آنها دو الکترون در حال گردش هستند.

در یک زمان معین مکان و سرعت حرکت الکترون را توأمان نمی توان تعیین کرد. این اصل که به اصل عدم قطعیت معروف است، بر این اساس استوار است که برای تعیین سرعت و مکان یک الکترون در یک زمان معین بایستی با استفاده از فوتون های نور موقعیت آن تعیین گردد و چون الکترون بسیار بسیار کوچک است بنابراین با برخورد فوتون به آن مسیرش عوض شده و در لحظه بعد معین نیست که الکترون در چه مکانی قرار می گیرد. بنابراین ما نمی توانیم از حرکت الکترون در یک مسیر معین با سرعت مشخص صحبت کنیم.

اروین شرودینگر با توجه به محدودیت های مدل اتمی بور و با استفاده از خاصیت ذره ای - موجی الکترون توانست مدل جامع تری را ارایه نماید که تاکنون توانسته است، پدیده های مختلف را به خوبی توجیه نماید. در این مدل صحبت از چرخش الکترون در یک مدار معین نبوده و از احتمال حضور الکترون در مکان های مختلف اطراف هسته صحبت می شود. به فضایی که بیشترین احتمال حضور الکترون در آن وجود دارد، اربیتال می گوییم. که شکل اربیتالها را می توان با حل کردن معادلات شرودینگر به دست آورد.

بنابراین در مدل اتمی جدید علاوه بر لایه های اصلی که همان ترازهای انرژی بور می باشند، در هر لایه اصلی یک یا چند زیر لایه داریم که خود این زیر لایه ها دارای اربیتال هایی با اشکال متفاوت هستند. هر اربیتال فقط و فقط گنجایش دو الکترون را داشته و امکان ندارد، که در یک اربیتال بتوان بیشتر از دو الکترون وارد نمود. این اصل به نام پیشنهاد دهنده آن یعنی ولفکانگگ پائولی به نام اصل طرد پائولی معروف است.

هر لایه به اندازه شماره خود زیر لایه می گیرد. یعنی لایه اصلی دوم دارای دو زیر لایه بوده و لایه اصلی سوم سه زیر لایه داشته و به همین ترتیب باقی زیر لایه ها. در هر لایه اولین زیر لایه کروی شکل بوده دارای فقط یک اربیتال است که آنرا s می نامیم. مرکز این کره درست بر روی هسته اتم واقع شده است و از تمام یکسان است.

 

 

 

    دومین زیر لایه که دارای سه اربیتال است،زیر لایه p نامیده می شود. اربیتالهای این زیر لایه در جهت محورهای مختصاتی مانن یک دمبل شکل گرفته اند. این زیر لایه گنجایش ۶ الکترون را دارد.

  

 

 هر دمیلی شکل یک اربیتال می باشد. اربیتال های زیر لایه p دارای دو لپ می باشند. که مجموعاً تشکیل یک اربیتال برای دو الکترون را می دهند.

زیر لایه سوم که زیر لایه d نامیده می شود دارای ۵ اربیتال می باشد که در ۵ جهت از فضا گسترده شده اند و شکلهای زیبایی دارند. این زیر لایه ظرفیت ۱۰ الکترون را دارد.

 

 

زیر لایه چهارم دارای ۷ اربیتال می باشد. و ظرفیت ۱۴ الکترون را دارد.

 

 

 لایه اصلی اول فقط شامل زیر لایه ۱s می باشد و در لایه اصلی دوم زیر لایه های ۲s , ۲p وجود دارد. در لایه سوم زیر لایه های 3s,۳p,۳d وجود دارد. لایه چهارم شامل زیر لایه 4s,۴p,۴d,۴f می باشد. تفاوت زیر لایه 3s با ۱s فقط در شعاع آنها بوده و از سایر جهات کاملاً شبیه یکدیگرند. ترتیب پر شدن اربیتال با ترتیب قرار گرفتن آنها کمی متقاوت است. 

به دلیل پیچیدگی فضایی و شکل نامناسب اغلب اربیتال های d , f دیرتر از حد معمول پر می شوند ترتیب پر شدن اربیتالها به شکل زیر است:

 

 

 

همانطور که ملاحظه می شود اربیتال 4s زودتر از اربیتال 3d پر می شود، به همین دلیل نیز هست که ما در تناوب سوم فقط ۸ عنصر داریم. در حالیکه انتظار می رود در این لایه ۱۸ عنصر داشته باشیم. 

دقت داشته باشید در یک زیر لایه هیچ اربیتالی تا وقتی که تمام اربیتالها نیمه پر نشده اند، بطور کامل پر نمی گردد.

[ چهارشنبه ٥ بهمن ،۱۳٩٠ ] [ ۳:۳٢ ‎ق.ظ ] [ زهرا رفیعی ]
.: Weblog Themes By WeblogSkin :.
درباره وبلاگ

موضوعات وب
 
آرشيو مطالب
صفحات دیگر
امکانات وب