مدل اتمی رادرفورد

مدل اتمی رادرفورد
رادرفورد با توجّه به نتایج آزمایش‌ها در سال ١٢٩١ هجری شمسی (١٩١٢ م) الگویی برای اتم ارایه کرد.

الگوی اتمی رادرفورد: در الگوی اتمی رادرفورد همه بار مثبت اتم در یک ناحیه مرکزی با حجم بسیار کوچکی به نام هسته متمرکز شده است و الکترون‌ها با بار منفی اطراف آن هسته‌ی مرکزی قرار دارند و فضای بین هسته و الکترون خالی است. همانطور که در مدل سازی زیر می‌بینید الگوی وی توجیه کننده بمباران‌های ذرّات آلفا می‌باشند.

در الگوی رادرفورد اشکالاتی وجود دارد. رادرفورد در مورد حرکت الکترون اظهار نظری نکرد بنابراین ما هم الکترون ساکن و هم الکترون در حال حرکت را درنظر می‌گیریم و اشکالات موجود را بیان می‌کنیم:
١- الکترون ساکن باشد: اگر الکترون در اطراف هسته ثابت باشد تحت تأثیر نیروی جاذبه بین هسته و الکترون، به سمت هسته کشیده می‌شود و روی هسته می‌افتد. در این صورت ساختار اتم ناپایدار خواهد بود، در حالی‌که می‌دانیم ساختار اتم‌های مشاهده شده پایدارند.
٢- الکترون در حال حرکت باشد: اگر الکترون دور هسته در گردش باشد طبق قوانین فیزیک کلاسیک حرکت الکترون شتابدار است و می‌دانیم ذره باردار که دارای حرکت شتابدار باشد، موج الکترومغناطیس گسیل می‌دارد. بنابراین اگر الکترون دور هسته در حال گردش باشد باید موج الکترومغناطیس گسیل کند. پس به تدریج از انرژی آن کاسته می‌شود. کم شدن انرژی الکترون باعث کاهش شعاع مدار چرخش و افزایش بسامد چرخش الکترون خواهد شد که چنین چیزی دو نتیجه گیری را به ارمغان می‌آورد که با نتایج تجربی سازگار نیست. آن دو نتیجه گیری بدین قرار است:
الف) انرژی الکترون در حین گردش دور هسته بخاطر گسیل موج الکترومغناطیس به تدریج کمی می‌شود پس بسامد آن و به تبع آن بسامد موج الکترومغناطیس گسیل شده پیوسته افزایش می‌یابد، بنابراین طیف اتم‌ها باید پیوسته باشد. درحالی‌که قبلاً دیدید طیف گسیلی اتم‌ها یک طیف گسسته است.
ب) انرژی الکترون در حین گردش در اطراف هسته به تدریج کم می‌شود سپس از شعاع مدار گردش آن نیز به تدریج کاسته می‌شود و بعد از مدتی مطابق شکل زیر الکترون دور هسته سقوط می‌کند. این پدیده به معنی ناپایداری اتم خواهد بود. درحالی‌که در واقع این اتفاق رخ می‌دهد.

سرب      Plomb

عنصر سرب دارای ظاهری خاکستری رنگ و جرم اتمی 21/207 گرممی باشد. نقطه جوش آن   1740  و در 4/327  درجه سانتی گراد ذوبمی شود.در کل حدود 002/0 درصد از پوسته زمین را تشکیل می دهد.

این عنصر از نظر انتشار گسترده ترین عنصر سنگین و سمّی در محیطزیست است.

ترکیبات   سرب  عمدتا در نتیجه بهره برداری از معادن (  به  صورت سولفید- کربنات و سولفات سرب)- صنایع باطری سازی (اکسید سرب و سرب) -  سوخت های فسیلی (تترا اتیل و تترا متیل سرب) -  رنگسازی(کربنات و کرومات سرب) -  تثبیت  PCB  (سولفات سرب)  و صنایعشیشه و لعاب (سیلیکات سرب)  وارد محیط زیست می شوند.

ترکیبات سرب در محیط های دریایی برحسب اندازه به صورت محلولکلوئید و جامد  یافت میشود  که با افزایش  اندازه آن  بر میزان  کلوئید وجامد افزوده می شود.

یکی از روشهای حذ ف طبیعی عناصر سنگین به ویژه  سرب در محیطهای  دریایی تشکیل ندول های  منگنز می باشد که  در بستر اقیانوسهای آرام - اطلس و هند در مقیاس گسترده ای تشکیل می شود.

راههای تماس

*آب: وجود مقادیر بالی سرب در آب آشامیدنی ناشی از وجود سرب درسیستم لوله کشی منازل مسکونی  است که از  طریق لوله ها و یامخازنسربی به درون آب شهری راه می یلبد به ویژه در زمانی که PHپایین وآب سبک باشد.

*غذا: با توجه به نوع ماده غذایی مقادیر متغیری سرب در طیف وسیعیاز مواد غذایی وجود دارد. به طور مثال  غذاهای کنسرو شده  از مقادیرسرب  بالایی  برخوردارند  و سبزیجات تازه -  غلا ت و میوه ها دارای مقادیری از سرب که  تابعی از غلظت آن در خاک است می باشند.

میانگین جهانی جذب سرب در بزرگسالان حدود 200 میکرو گرم در روز است که میزان جذب روزانه آن در زنان کمتر از مردان است.نیمه عمر بیولوژیکی سرب در بافت های نرم 21 روز- در عظلات 5 سال و در استخوان 20 سال گزارش شده است . سرب بر سیستم متابولیسم خون و اعصاب اثر می گذارد.

*متابولیسم:  سرب جذب شده از طریق روده  وارد خون شده و در بافت های نرم  و استخوان  توزیع  می شود  که  با افزایش  سن  میزان آن دراستخوان زیاد می شود . سرب همچنین  قادر است از طریق  جفت وارد جنین شود.سرب در غلظت های پایین سبب کاهش فعالیت آنزیم   پروفو-بیلینوژن سنتتاز  می گردد  که  این  آنزیم  مسئول  سنتز خون در مرحله تبدیل  اسید  آمینولولینک  به  پروفو بیلینوژن  میباشد .غلظت های بالای سرب(بیش از40 میکروگرم در لیتر) در خون کودکان عقب مانده ذهنی مشاهده شده است.اختلالات کروموزومی در لنفوسیت های محیطی ناشیاز   در  معرض   قرار گیری   جمعیت ها   در   محدوده   1000-100 میکروگرم در لیتر در خون ثبت شده است .

تأ ثیرا ت سرب بر محیط زیست

ترکیبات غیر حلال سرب در سطح زمین جذب رسوبات میشوند.گیاهانآبزی نیز سرب را انباشته می کنند. اکسیداسیون بیوشیمیایی مواد آلی درغلظت های بالای  1/0  میلی گرم  درلیتر  متوقف می شود.  آبهای زیر زمینی  نیز  تحث  تأثی رترکیبات  محلول  سرب  قرار میگیرند. آبهای آشامیدنی که از لوله های سربی عبور میکنند ممکن است حاوی غلظت بالایی از سرب باشند . در جداره لوله های سربی رسوب کربنات سربشکل  میگیرد . مقدار زیادی از سرب بوسیله  فرایند  سوخت  وارد  جو میشود که ممکن است تا مسافت  قابل  توجهی منتقل شود. تقریبا 50-30درصد از سرب تنفسی  در ریه باقی می ماند.  سرب در انسان باعث افزایش  فشار خون در بزرگسالان  و آسیب به جنین و در سطوح بالاتر در خون سبب  مشکلات در سیستم عصبی  مرکزی –  ناتوانی جنسی وآسیب به کلیه ها و نیز کم خونی می شود.

 

 

آرسنیک     Arsenic

فلزی است خاکستری رنگ و متبلور-عدداتمی آن 33- جرم اتمی92/47گرم- نقطه ذوب718 درجه سانتیگراد و خواص شیمیایی آن شبیه فسفر است.چهار ظرفیت -3_صفر_+3_+5 می تواند داشته باشد.

میزان تولید  جهانی آرسنیک حدود  یکصد هزار تن در سال است  که به شکل تری اکسیدآرسنیک استفاده می شودوبخشی نیز در تولید آلیاژسربومس استفاده میشود.بیشتر از 80%  تری اکسید آرسنیک در کشاورزی به عنوان   حشره کش- علف کش-  قارچ کش- جلبک کش  و  شستشوی گوسفند و مواد محافظ پشم و رنگرزی و ریشه کن کردن کرم نواری درگوسفند و گاو استفاده میشود.

 آرسنیک به طور طبیعی به صورت سولفیدوسولفیدهای مرکب از آهن- نیکل و کبالت یافت میشود.آرسنیک در اکوسیستم های  آبی از منابع  کشاورزی مانند علف کشهایآلی ویا از طریق سخت های فسیلی و صنعتی ناشی میشود.

عمده ترین ترکیبات معدنی شامل تری اکسید و آرسنات های کلسیم- مسسرب -  سدیم  و پتاسیم  است که اکثرا به عنوان حشره کش- آفت کش وجلبک کش  استفاده  شده است.  تری اکسید  آرسنیک  در خاک های  کم حاصل -  آرسنیت سدیم  برای کنترل علف های هرز- آرسنات کلسیم درمزارع  تنباکو و کتان  برای از بین بردن  شپشک پنبه  و دیگر حشراتاستفاده میشود. آرسنات سرب برای کنترل آفت حشرات در درختان میوه

به کار می رود.

نیمه عمر بیولوژیک آرسنیت  30 ساعت و آرسنات  1/2 روز می باشد.سمیت آرسنیت  بیشتر از آرسنات است. مهم ترین  ترکیبات آرسنیک درمحیط های آبی  به ترتیب فراوانی  مونومتیل آرسنیک -  آرسنیک (III) وآرسنیت   (V)  و  دی متیل آرسنیک  می باشند.  آرسنیک  می تواند از طریق آ ب- غذا ومتابولیسم سایر موارد جذب شود.

آرسنیک در محیط زیست محیط

ترکیبات  آرسنیک  به  صورت  گسترده ای  در طبیعت  پراکنده  هستند.آرسنیت 3  ظرفیتی به عنوان محصول جانبی  ذوب مس-  سرب و نیکلتولید میشود.ترکیبات  دی متیل آرسنیک  اغلب در محیط های آبی  یافت می شودو بیشتر در بدن ماهی ها تجمع می یابد.میانگین آرسنیک روزانه جذب شده از تمام غذاها 30 میلی گرم تخمین زده می شود که با مصرف بالای ماهی-لابسترودیگر غذاهای دریایی این مقدار افزایش می یابد.

اثر آرسنیک بر انسان

سمیت  آرسنیک  به خواص فیزیکی  و شیمیایی ترکیبات- راههای ورود به بدن - مقدار مصرف آن - مدت زمان در معرض قرارگیری و مقادیرآن دررژیم غذایی و سن بستگی دارد. سمیت مواد معدنی  آرسنیک  بیش

از ترکیبات آلی آن است و ترکیبات  معدنی  سه ظرفیتی از ترکیبات آلی پنج  ظرفیتی  خطرناک تر هستند. برخی از اثرات آرسنیک بر انسان به طور خلاصه در زیر آمده است.

*اثرات تنفسی :   بروز اختلالات تنفسی همچون برونشیت - لارنژیت وتورم غشاء مخاطی در اثر تنفس بخار آرسنیک .

* اثرات قلبی- عروقی: اثرات مزمن آرسنیک سبب  تغییرو بی نظمی و از کار افتادن  قلب می شود.اگرانسان در معرض  آرسنیک  به مقدار  کم قرار گیرد  به  بیماری   آرسنیکوزیس   یا  تخریب  سیستم  عروقی  مبتلا میشود.

*اثرات روده ای- معده ای: با استنشاق بخار آرسنیک افراد دچار تهوع-

استفراغ و اسهال می شوند.جذب روده ای حداقل در انسان  80-75  درصد و عمدتا در اثر مصرف غذاهای دریایی و ماهی است.

*اثرات خونی: زمانی که آرسنیک از طریق  خوراکی وارد بدن شود براثرمهار سنتز گلبول های  قرمز کم خونی و کاهش  گلبول های سفید  رخ می دهد.   مقادیر بالای  آرسنیک  سبب ایجاد  ضعف  در مغز استخوان

میشود. علائم  حاد  مسمومیت با آرسنیک معمولا ظرف  30 دقیقه اتفاقمی افتد  ولی  چنانچه  از طریق  غذا  مصرف شود ممکن است کمی به تأخیر بیافتد.

 

ضرورت طبقه بندی عنصرها

دانشمندان با مطالعه بر روی عناصر متوجه شده بودند كه با وجود تفاوت بین خواص عنصرها مشابهت فیزیكی و شیمیایی بین عناصر وجود دارد. تفاوت ها نیز از نظم و ترتیب خاصی پیروی می كند.

طبقه بندی عناصر، با توجه به تشابه برخی از عنصرها با یك دیگر، و نظم و ترتیب موجود در تغییرات خواص آنها امكان پذیر بود.

سرگذشت جدول عناصر

       ·                          اولین دسته بندی توسط لاوازیه صورت گرفت. لاوازیه عناصر را به دو دسته فلز و نافلز تقسیم كرد.

       ·                          دوبراینر دانشمند دیگری كه عناصر در دسته های سه تایی به جدول زیر تقسیم بندی كرد.

 

نمونه هایی از سه تاییهای دوبراینر
	سه تایی اول		سه تایی دوم		سه تایی سوم
	نام	جرم اتمی	نام	جرم اتمی	نام	جرم اتمی
عنصر اول	كلسیم	1/40	كلر	5/35	گوگرد	1/32
عنصر سوم	باریم	3/137	ید	9/126	تلور	6/127
	میانگین 7/88		میانگین 2/81		میانگین 9/79
عنصر دوم	استرونسیم	6/87	برم	9/79	سلنیم	0/79

 

·   نیوزلند براساس قانون اكتاو (گام های موسیقی) هفت عنصر را در هفت دسته هفت تایی دسته بندی كرد. در این دسته بندی خواص فیزیكی و شیمیایی در عنصر هشتم تكرار می شد.(طبق جدول زیر)

 

 

 

 

قانون اكتاوهای نیوزلند
7	6	5	4	3	2	1
F	O	N	C	B	Be	Li
CI	S	P	Si	Al	Mg	Na
						K

 

اولین دانشمندی كه عناصر را طبقه بندی كرد مندلیف روسی بود.

مندلیف به تغییرات خواص عناصر توجه نمود. او با بیان قانون تناوبی جدول خود را عرضه كرد.

مندلیف در تنظیم جدول دو اصل را رعایت كرد.

1- اصل تشابه خواص عناصر (قرار گرفتن عناصر با خاصیت های مشابه در زیر هم در یك ستون)

2- افزایش تدریجی جرم اتمی عناصر در ردیف های كنار هم (تغییر تدریجی خواص)

مندلیف عناصر شناخته شده زمان خود را در چند ردیف (دوره ـ تناوب) براساس افزایش جرم اتمی از چپ به راست منظم نمود. به گونه ای كه عناصر با خواص مشابه زیر یكدیگر در یك ستون قرار بگیرند.

این كار باعث شد خانه های خالی متعددی از عناصر كه در زمان مندلیف كشف نشده بود پیش بینی شود در نتیجه قدم بزرگ در راه كشف این عناصر توسط محققین برداشته شود.

ایراد جدول مندلیف: چند مورد بی نظمی دیده می شد و آن این بود كه برای رعایت اصول تشابه مجبور شد عناصر سنگین تر را قبل از عناصر سبك تر قرار دهد.

قانون تناوبی مندلیف: اگر عنصرها به ترتیب افزایش جرم اتمی در كنار هم در ردیف قرار گیرند خواص فیزیكی و شیمیایی آنها به طور تناوبی تكرار می شود.

 

بعد ها موزلی با كشف عدد اتمی تعداد پروتون های هسته نشان داد كه عدد اتمی معیار مناسب تری برای تنظیم عناصر در جدول تناوبی است. بر همین اساس موزلی معیار تنظیم عناصر در جدول را تغییر داد. به طور كه در جدول تناوبی امروزی عناصر بر مبنای عدد اتمی (نه جرم اتمی) تنظیم شده اند.

قانون تناوبی جدول امروزی: براساس كار موزلی ـ قانون تناوبی عناصر ـ هر گاه عناصر را براساس افزایش عدد اتمی در كنار یكدیگر قرار دهیم خواص فیزیكی و شیمیایی آنها به طور تناوبی تكرار می شود.

 

سه مورد بی نظمی جدول تناوبی مندلیف:

در جدول پیشنهادی مندلیف نیكل بعد از كبالت و ید نیز بعد از تلور آمده است. (لازم به ذكر است كه آرگون و پتاسیم هم جزء این بی نظمی ها قرار می گیرد اما باید دانست كه در زمان مندلیف هنوز گازهای نجیب كشف نشده بود.) مندلیف نه (9 ) مورد خواص و محل عنصر را پیش بینی كرد كه هشت مورد آن درست بود. سه مورد آن به ترتیب اكا سیلسیم (همان ژرمانیم) ـ اكابور (همان اسكاندیم) ـ اكاآلومینیم (همان گالیم) بودند.

جدول تناوبی عناصر: جدول دارای 18 گروه و 7 دوره می باشد.

در دوره اول تا ششم به ترتیب    عنصر وجود دارد.

 

6	5	4	3	2	1	دوره
32	18	18	8	8	2	تعداد عنصر
f      d     s  p	s   p  d	s    p  d	s    p	s    p	s	نوع اربیتال

دوره هفتم كه ناقص است و امروزه شامل 23 عنصر می باشد.

البته در جدول كتاب 109 عنصر ارائه شده اما طبق آخرین خبر اینترنتی جدول دارای 118 عنصر می باشد

گروه: عناصری كه در یك ستون در زیر هم قرار دارد و مشابهت خواص دارند.

دوره: عناصری كه در یك ردیف افقی در كنار هم قرار دارند و خواص آنها به طور تدریجی تغییر می كند.

شماره دوره تعداد لایه ها اصلی و شماره گروه تعداد الكترون های لایه آخر یا لایه ظرفیت و شماره خانه تعداد كل الكترون ها یا پروتون ها را نشان می دهد.

 

جدول دارای 8 گروه اصلی (A) و 10 گروه فرعی (B) می باشد. (البته 10 گروه (ستون) به 8 گروه فرعی (B) تقسیم شده است.

از یك دیدگاه می توان عناصر جدول را به دسته های فلز و نافلز و شبه فلز و گاز نجیب تقسیم كرد.

فلز: عناصری كه در لایه آخر (لایه ظرفیت) كمتر از سه الكترون دارند. تمایل به از دست دادن الكترون دارند. بیش از 80% عناصر جدول فلز هستند كه به جزء جیوه همگی جامدند و ویژگی های مشترك زیر دارند.

 

1-  رسانای خوب گرما و برق هستند.

2-  سطح براق دارند.

·       قابلیت چكش خواری و شكل پذیری دارند.

نافلز: عناصری كه در لایه ظرفیت بیشتر از چهار الكترون (پنج ـ شش ـ هفت) دارند. تمایل به گرفتن الكترون دارند. بیشتر به حالت گاز هستند (بجزء برم) و آن نافلزاتی كه جامدند ویژگی های زیر را داراست.

1-  رسانای خوبی برای گرما و برق نیستند.

2-  سطح براق ندارند.

3-  شكننده بوده و قابلیت چكش خواری و مفتول شدن ندارند.

			B
		Si
	As	Ge
Te	Sb

شبه فلز: این عناصر برخی خواص فلزی و برخی خواص نافلزی را دارا می باشد. در جدول تناوبی نوار پلكانی را به خود اختصاص داده است. (شش عنصر )

 

 

 

گاز نجیب:

عناصری هستند كه به دلیل آرایش الكترونی خاص (لایه ظرفیت آنها پر و پایدار است.) و واكنش پذیری بسیار كمی دارند.

 

جدول تناوبی امروزی عنصرها:

متداول ترین شكل جدول تناوبی در حال حاضر توسط شیمیدان ها مورد استفاده قرار می گیرد براساس قانون تناوبی عنصرها استوار است. بر طبق این قانون هر گاه عنصرها را براساس افزایش عدد اتمی در كنار یك دیگر قرار دهیم خواص فیزیكی و شیمیایی آن ها به صورت تناوبی تكرار می شود.

 

مهمترین نكته در جدول تناوبی تشابه آرایش الكترونی عنصرهای یك خانواده در بسیاری از گروه های این جدول است. بنابراین با نگاهی به این جدول تناوبی متوجه می شویم كه خواص شیمیایی عنصرهای همگروه به این دلیل مشابهند كه آرایش الكترونی آن ها به یكدیگر شبیه است. پس مكان خاصی را در جدول تناوبی به خود اختصاص می دهد.

 

جدول 2 آرایش الكترونی برخی از عنصرهای تناوب های دوم و سوم

Ne	F	O	N	C	B	Be	Li	تناوب 2
8،2	7،2	6،2	5،2	4،2	3،2	2،2	1،2	تعداد الكترون ها در هر لایه
								آرایش الكترونی
Ar	CI	S	P	Si	Al	Mg	Na	تناوب 3
8،8،2	7،8،2	6،8،2	5،8،2	4،8،2	3،8،2	2،8،2	1،8،2	تعداد الكترون ها در هر لایه
								آرایش الكترونی