یون

یون به اتمی گفته می‌شود که بار الکتریکی اضافه داشته باشد و این بار می‌تواند منفی یا مثبت باشد. یون‌ها به دو نوع آنیون و کاتیون تقسیم می‌شوند. آنیون به یونی گفته می‌شود که به دلیل داشتن‌ الکترون‌های اضافی در لایه الکترونی‌اش دارای بار الکتریکی منفی باشد و کاتیون بر خلاف آنیون دارای بار الکتریکی مثبت است.

ماهیت یون

وقتی اتم‌ها به یون تبدیل می‌شوند، خواص آن‌ها شدیداً تغییر می‌کند. مثلاً مجموعه‌ای از مولکول‌های برم قرمز است؛ اما یون های در رنگ بلور ماده مرکب هیچ دخالتی ندارند. یک قطعه سدیم شامل اتم‌ های سدیم نرم است. خواص فلزی دارد و بر آب به شدت اثر می‌کند؛ اما یون های در آب پایدارند.

مجموعه بزرگی از مولکول‌های کلر، گازی سمّی به رنگ زرد مایل به سبز است، ولی یون های کلرید مواد مرکب رنگ ایجاد نمی‌کنند و سمّی نیستند. به همین لحاظ است که یون های سدیم و کلر را به صورت نمک طعام می‌توان بدون ترس از واکنش شدید روی گوجه فرنگی ریخت. وقتی اتم‌ها به صورت یون در می‌آیند، ماهیت آن‌ها آشکارا تغییر می‌کند.

کاتیون

بیشتر کاتیون‌ها، یون های تک اتمی‌اند که توسط فلزات به وجود می‌آیند. اگر فلز تنها یک نوع کاتیون ایجاد کند، نام یون، همانند فلز مربوط است.

⁺Na یون سدیم است؛ یعنی فلز سدیمی که ابتدا به صورت گازی در آمده است و از سدیم یک الکترون با اعمال انرژی یونش گرفته شده است. Mg⁺² یون منیزیم است. برخی از فلزات بیش از یک نوع کاتیون به وجود می‌آورند. در این‌گونه موارد، با نشان دادن تعداد بار کاتیون ها در نامشان آن‌ها را متمایز می‌کنیم. بار این نوع کاتیون ها به صورت ارقام لاتین بعد از نام فارسی عنصر قرار داده می‌شود. ⁺Cu، یون مس (I) و ⁺Cu² ، یون مس (II) است. در روشی قدیمی‌تر برای متمایز کردن دو نوع یون به وجود آمده از یک فلز، پسوندی به نام فلز افزوده می‌شود. در این روش، هرگاه نماد فلزی از لاتین مشتق شده باشد، از نام لاتین فلز استفاده می‌شود.

پسوند«و» برای یون دارای بار مثبت کمتر و پسوند« یک» برای یون با بار مثبت بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. ⁺Cu ، یون کوپرو و ⁺Cu² یون کوپریک است. ⁺Fe ، یون فرو و Fe⁺² یون فریک است. توجه کنید که در روش بالا تعداد بارها به روشنی بیان نمی‌شود و نیز این روش برای فلزاتی که بیش از دو نوع کاتیون تولید می‌کنند، قابل استفاده نیست.

آنیون

آنیون های تک اتمی از اتم فلزات به وجود می‌آیند. نام آن‌ها از طریق حذف بخش آخر نام عنصر و افزودن پسوند «ید» به باقی‌مانده به دست می‌آید. ^-Cl یون کلرید است. ^-O²، یون اکسید است و ^-N3 یون نیترید است؛ اما تمام آنیون‌هایی که نامشان به «ید» ختم می‌شود تک اتمی نیستند. بلکه معدودی آنیون‌ های چند اتمی نیز نامشان با این پسوند ختم می‌شود؛ مثلاً ^-CN یون سیانید است و ^-OH یون هیدروکسید است. آنیون‌های چند اتمی بسیاری شناخته شده‌اند. به عنوان مثال ^-O₂² یون پراکسید،  Cr₂O₇^-2 یون کرومات،  ^-SO₃² یون سولفیت است.

پیوند یونی

پیوند یونی نوعی از پیوند شیمیایی است که بر پایه نیروی الکترواستاتیک بین دو یون با بار مخالف شکل می‌گیرد. ترکیبات یونی متشکل از تعداد زیادی آنیون و کاتیون هستند که با طرح معین هندسی در کنار هم قرار گرفته‌اند و یک بلور به وجود می‌آورند. هر بلور، به سبب جاذبه‌های منفی ـ مثبت یون ها به هم، نگهداشته شده است. فرمول شیمیایی یک ترکیب یونی نشانه ساده‌ترین نسبت یون‌های مختلف برای به وجود آوردن بلوری است که از نظر الکتریکی خنثی باشد.

خصوصیات پیوند یونی

 الف) پیوند یونی میان دو اتم که اختلاف الکترونی آن‌ها زیاد باشد (1/7 یا بیشتر) برقرار می‌شود.

ب) پیوند یونی میان فلزها و نا فلزها انجام می‌شود.

ج) در جریان این پیوند اتم‌های فلزی (دارای یک تا سه الکترون در آخرین تراز خود و گاهی اوقات 4 الکترون) با از دست دادن الکترون‌های آخرین تراز اصلی خود به یون مثبت (کاتیون) تبدیل می‌شوند و اغلب به آرایش گاز نجیب قبل از خود  می‌رسند و باید دانست که بار کاتیون به تعداد الکترون‌های از دسته می‌گویند.

د) اتم‌های نافلزی (دارای چهار تا هفت الکترون در آخرین تراز اصلی خود) با گرفتن الکترون به یون منفی (آنیون) تبدیل می‌شوند و به آرایش گاز نجیب بعد از خود می‌دانست و بار آنیون مساوی تعداد الکترون‌های از دست رفته می‌گویند.

س) نیروی ربایش میان یون مثبت و منفی در ترکیب‌های یونی بسیار زیاد است به همین دلیل ترکیب‌های یونی در دمای معمولی جامد هستند و به آن «جامد یونی»  می‌گویند.

ص) در جامدهای یونی نیروی ربایش میان یون های ناهمنام در سه بعد از فضا گسترش می‌یابد به همین دلیل جامد‌های یونی شکل‌های هندسی منظمی دارند که به آن‌ها «بلور یا شبکه بلور» می‌گویند.

ط) در شبکه بلور هر جامد یونی به ساده‌ترین واحد تکراری یک بلور «سلول واحد» می‌گویند به بیان دیگر سلول واحد ساده ‌ترین بخش یک بلور است که تصوری از ساختار سه بعدی همه‌ی شبکه به دست می‌آید.

 ع) در شبکه بلور جامد‌های یونی و در سلول واحد آن‌ها همواره تعدادی یون با بار همنام یک یون با بار مخالف را احاطه می‌کنند. باید  دانست که ممکن است سلول واحد جامد‌های یونی متفاوت از نظر تعداد یون‌های که یون با بار مخالف را احاطه می‌کنند اختلاف داشته باشند. این تفاوت به تفاوت نسبی اندازه کاتیون و آنیون بلورهای مربوط است.

ق) در جامد‌های یونی یون های مثبت و منفی به یکدیگر را می‌ربایند به همین دلیل یون‌ها فقط دارای حرکت ارتعاشی در مکان‌های خود هستند به همین دلیل ترکیب‌های یونی در حالت جامد رسانای الکتریسیته نیست ولی در حالت مذاب یا محلول که یون ها آزادی تحرک دارند جریان الکتریسیته را از خود عبور می‌دهند.

ل) چون نیروی ربایش میان یون‌های غیرهمنام در جامدهای یونی بسیار قوی است این ترکیب ‌ها دمای ذوب و جوش بالایی دارند.

مدل اتمی

تاریخچه تئوری و مدل‌های اتمیبه یونانی ‌های قرن  ششم  و  به  ویژه مکتب اتم گرایی دموکریت بر می‌گردد. دموکریت نخستین کسی بود که از اتم سخن گفت و آن را جزو بخش ناپذیری دانست  که دنیا از آن ساخته شده  است. پس از آن نظریه‌های مختلفی راجع به اتم ارائه شد و روز به روز این مدل کامل‌تر شد تا این که به مدل امروزی که همان مدل اتمی کوانتومی است، رسید.

نظریه اتمی دالتون

نتایج اصلی نظریه دالتون عبارتند از:

• عناصر از ذرات بسیار ریز و غیر قابل تقسیمی تشکیل شده‌اند.
• کلیه اتم‌های یک عنصر یکسانند و اتم‌های عناصر مختلف با یکدیگر تفاوت دارند.
• از بهم پیوستن اتم‌ها با نسبت مشخص و معین ترکیبات به وجود می‌آیند.

نظریه دالتون از سه قسمت اصلی (قانون بقای جرم -  قانون نسبت‌ها معین-  قانون نسبت‌آ‌های چندگانه) می‌‌باشد. مطالعه اتم‌‌ها و ذرات ریزتر فقط به صورت غیرمستقیم و از روی رفتار (خواص) امکان پذیر است.

نظریه‌های دالتون نارسایی‌ها و ایرادهایی دارد و اما آغازی مهم بود. مواردی که نظریه دالتون نمی ‌توانست توجیه کند عبارتند از: پیوند یونی - فرق یون با اتم خنثی،  مفهوم ظرفیت در عناصر گوناگون، پدیده ایزوتوپی و...

مدل اتمی جوزف تامسون انگلیسی

مدل اتمی تامسون که به کیک کشمشی، مدل هندوانه‌ای یا ژله میوه‌دار معروف است. او از مدل خود نتایج زیر را گرفت.

• الکترون با بار منفی، درون فضای ابر گونه با بار مثبت، پراکنده شده‌اند.
• اتم در مجموع خنثی است. مقدار با مثبت با بار منفی برابر است.
• این ابر کروی مثبت، جرمی ندارد و جرم اتم به تعداد الکترون آن بستگی دارد.
• جرم زیاد اتم از وجود تعداد بسیار زیادی الکترون در آن ناشی می‌شود.

مدل اتمی ارنست رادرفورد نیوزلندی

• هر اتم دارای یک هسته کوچک است که بیشتر جرم اتم در آن واقع است.
• هسته اتم دارای بار الکتریکی مثبت است.
• حجم هسته در مقایسه با حجم اتم بسیار کوچک است زیرا بیشتر حجم اتم را فضای خالی تشکیل می‌دهد.
• هسته اتم به وسیله الکترون‌ها محاصره شده است.
                                                                            
  

   

                        

   

  مدل اتمی بور (مدل سیاره‌ای )

  وجود طیف نشری برای اتم‌ها را نمی‌توان با استفاده از مدل رادرفورد توجیه نمود چون بر اساس مدل رادرفورد باید طیف اتم‌ها پیوسته باشد در حالی‌که اتم‌های هیدروژن طیف نشری خطی را ارئه داده بود. وجود ارتباط با  معنا میان الگوی  ثابت  طیف نشری خطی اتم هیدروژن و ساختار اتم‌های آن ذهن دانشمندان بسیاری را به خود مشغول ساخت. در سال 1913 نیلز بور دانشمند دانمارکی در راه کشف این رابطه مدل اتمی رادرفورد را برای توجیه این ارتباط  نارسا دانست و  مدل تازه‌ای برای اتم هیدروژن پیش نهاد کرد. او این مدل را با فرضیات زیر ارائه کرد:

  1. الکترون در اتم هیدروژن در مسیری دایره‌ای شکل به دور هسته گردش می‌کند.

  2. انرژی این الکترون با فاصله‌ی آن از هسته رابطه‌ای مستقیم دارد. 

  3. این الکترون فقط می‌تواند در فاصله‌های معین و ثابتی پیرامون هسته گردش کند. در واقع  الکترون تنها مجاز است که مقادر معینی انرژی را بپذیرد.

  4. این الکترون معمولاً در پایین‌ترین تراز انرژی ممکن (نزدیک‌ترین مدار به هسته) قرار دارد. به این تراز انرژی حالت پایه می‌گویند.

  5. با دادن مقدار معین انرژی به این الکترون می‌توان آن  را قادر ساخت که از حالت پایه (ترازی با انرژی کمتر) به حالت برانگیخته (ترازی با انرژی بالاتر) انتقال پیدا کند. 

  6. الکترون  در حالت برانگیخته  ناپایدار  است از این  رو  همان  مقدار  انرژی را  که  پیش از این گرفته بود از دست  می‌دهد  و به حالت پایه باز می‌گردد. از آنجا که برای الکترون نشر نور مناسب‌ترین شیوه برای از دست دادن انرژی است از این رو الکترون برانگیخته به هنگام  بازگشت به  حالت  پایه  انرژی اضافی خود  را که در  واقع  تفاوت انرژی میان دو تراز انرژی یاد شده است از  طریق انتشار نوری با طول موج معینی از دست  می‌دهد.

   

  نتایجی که از مدل بور بدست می‌آید:

  الف. هر چه  از هسته فاصله می‌گیریم انرژی الکترون افزایش  پیدا می‌کند. ب. برای هر یک از این ترازها‌ی انرژی یک عدد کوانتومی اصلی در نظر می‌گیریم که با نماد (n) نشان می‌دهیم. پایدارترین تراز الکترونی (نزدیک به هسته) n=1 است.

  بور با کوانتیده در نظر گرفتن ترازهای انرژی یا به عبارت دیگر کوانتومی در نظر گرفتن مبادله‌ی انرژی هنگام جا به جایی میان ترازهای یاد شده توانست با موفقیت طیف نشری خطی هیدروژن را توجیه کند.

  مدل اتمی کوانتمی (ابرالکترونی)

  الكترون آها در اطراف هسته اتم در سطوح انرژی مشخصی حركت می‌كنند (در اینجا باید توجه داشت كه همه الكترون‌ها به دور هسته نمی‌چرخند بلكه در اطراف آن در حال حركت هستند)، اما تعیین دقیق مكان (موضع) و سرعت (نوع حركت) الكترون‌ها به طور هم زمان و در یك لحظه امكان پذیر نیست.

  الكترون‌ها در اطراف هسته اتم در فضای مشخصی حركت می‌كنند، كه به این فضای اطراف اتم كه بیشترین احتمال وجود اتم را دارد، اوربیتال می‌گویند از جمله دانشمندانی كه در این مدل اتمی سهم چشمگیری داشتند، هایزنبگ، پلانك و شرودینگر را می‌توان نام برد.

  درصد میزان درستی نظریات هر یک به طور حدسی که درست بودن یا غلط بودن آن مشخص نیست این گونه است.

  
  
  موضوعات مرتبط: شیمی ، ،
  
  برچسب‌ها:

عدد اتمی (Z)

به تعداد پروتون های هر اتم(به تعداد بارهای مثبت اتم) عدد اتمی می گویند برای مثال اتم سدیم 11 پروتون دارد, پس عدد اتمی سدیم 11 است. عدد اتمی را گوشه پایین سمت چپ نماد شیمیایی می نویسند ₁₁Na

عناصر بر اساس افزایش عدد اتمی در جدول تناوبی مرتب شده اند بنابراین عدد اتمی مكان هر عنصر را در جدول تعیین می كند.

عدد جرمی (A)

به مجموع تعداد پروتون ها و نوترون های یك اتم عدد جرمی گفته می شود.

تمام اتم های یك عنصر پروتون های یكسان دارند اما تعداد نوترون های آن ها می تواند متفاوت باشد.

عدد جرمی در گوشه بالا و سمت چپ نماد شیمیایی نوشته می شود مثلا اتم كربن در هسته خود 6 پروتون و 6 نوترون دارد پس عدد جرمی آن 12 است. ¹²C

شیمیدان ها برای بیان جرم عنصرها بدین صورت عمل کردند که: فراوان ترین ایزوتوپ کربن یعنی کربن 12 را به عنوان استاندارد انتخاب کردند و جرم عنصرهای دیگر را با استفاده از نسبت هایی که در محاسبات آزمایشگاهی بدست آمده بود، بیان کردند.به عنوان مثال جرم اتم اکسیژن 33/1 برابر جرم اتم کربن است. با توجه به این که جرم اتم کربن 12 می باشد جرم اتم اکسیژن را محاسبه کرد. در این مقیاس جرم اتم اکسیژن برابر 16خواهد شد.واحد جرم اتمی amu است که کوتاه شده ی عبارت atomic mass unitاست. در این مقیاس جرم پروتون و نوترون lamu است.

ایزوتوپ

ایزوتوپ ها، اتم های یك عنصر هستند كه در تعداد نوترون و در نتیجه عدد جرمی با هم تفاوت دارند اما عدد اتمی آن ها یكسان است.مثلا هیدروژن دارای سه ایزوپ است.

ایزوتوپ های یك عنصر خواص فیزیكی (جرم و چگالی) متفاوت اما خواص شیمیایی یكسان دارند (چون الكترون های آن ها برابر است)بیشتر عناصر، یك ایزوتوپ معمول و چند ایزوتوپ كمیاب دارند به ایزوتوپ های كمیاب تر ناخالصی های ایزوتوپی می گویند.

مثلا ایزوتوپ معمول ئیدروژناست كه 9/99 درصد كل هیدروژن های موجود در طبیعت را شامل می شود. كم تر از 1/0 درصد را و مقدار ناچیزی را شامل می شود.

 توجه داشته باشید كه تعداد نوترون های در هر اتم از رابطه زیر محاسبه می شود.

عدد اتمی - عدد جرمی = تعداد نوترون ها

 

 

ایزوتوپ های کربن

اتم ها، سازنده مواد

اتم ها یعنی آجرهای سازنده

اتم ها، اساس شیمی هستند. آن ها پایه و اساس هر چیزی در جهان هستند. باید کار را با به خاطر آوردن این نکته شروع کنید که ماده از اتم تشکیل شده است. اتم ها و مطالعه آن ها برای خودش جهانی است! ما قصد داریم تا درباره اصول کلی ساختار اتمی و ارتباط بین اتم ها توضیح بدهیم.

کوچک تر از اتم ها؟

آیا ذراتی کوچک تر از اتم هم وجود دارند؟ مطمئناً وجود دارند! شما به زودی یاد خواهید گرفت که اتم ها از نوترون ها، الکترون ها و پروتون ها تشکیل شده اند. اما فکرش را بکنید! ذره های کوچک تر از این ها هم در حال حرکت درون اتم هستند.

این ذره های فوق کوچک، توی پروتون ها و نوترون ها پیدا می شوند. دانشمندان نام های زیادی روی آن ها گذاشته اند اما احتمالاً شما اسم ها نوکلئون ها و کوارک ها را شنیده اید. شیمیدان ها و فیزیکدان های هسته ای با استفاده از دستگاه های شتاب دهنده ذرات تلاش می کنند که وجود این ذرات کوچک کوچک کوچک را کشف کنند.

اما با این که این ذرات کوچک وجود دارند، هر اتم سه جزء سازنده اصلی دارد: الکترون ها، پروتون ها و نوترون ها. الکترون ها، پروتون ها و نوترون ها چه هستند؟ یک عکس بهتر نشان خواهد داد. شما یک اتم پایه دارید. سه قسمت در یک اتم وجود دارد، آن ها الکترون، پروتون و نوترون هستند. این همه چیزی است که شما باید به خاطر بسپارید. سه چیز! همان طور که می دانید بیشتر از 100 عنصر در جدول تناوبی وجود دارد. چیزی که باعث تفاوت این عناصر با هم می شود، تعداد متفاوت الکترون و نوترون و پروتون هر یک از آن هاست. پروتون و نوترون همیشه در مرکز اتم قرار دادند. دانشمندان مرکز اتم را هسته می نامند. الکترون ها را می توان همیشه در حال حرکت سریع در فضایی دور هسته پیدا کرد. به این فضا که مسیر حرکت الکترون هاست، اربیتال می گویند.

به شکل سمت راست دقت کنید:

می توانید مشاهده کنید که هر ذره بار "+" ، "-" یا "0" دارد.

این نشانه ها به مقدار بار ذره اشاره می کند. تا به حال در اثر دست زدن به پریز یا از الکتریسیته ساکن یا رعد و برق دچار برق گرفتگی شده اید؟ این ها اشکال مختلف بار الکتریکی هستند.

ذرات بسیار کوچک ماده یعنی ذرات درون اتم ها هم می توانند بار داشته باشند.

الکترون همیشه "-" است یا بار منفی دارد. پروتون همیشه "+" است یا بار مثبت دارد. اگر بار کلی یک اتم "0" باشد، به این معنی است که مقدار بار مثبت و منفی آن با یکدیگر برابر است. یعنی تعداد الکترون ها و پروتون های آن با هم برابر است. سومین ذره نوترون است که بار ندارد یا خنثی است.