اتم کوچک ترین ذره ای از یک عنصر است که می تواند وجود داشته باشد، این ذرات به عنوان اجزای سازنده همه چیز در نظر گرفته می شوند. اتم ها می توانند برای تشکیل مولکول ها با یکدیگر ترکیب شوند. مولکول ها کوچکترین ذره یک عنصر یا یک ترکیب هستند که می توانند به طور مستقل وجود داشته باشند.
خواص شیمیایی عناصر به ساختار اتم آنها بستگی دارد. این آرایش الکترون ها در اطراف هسته است که به عناصر خاصیت شیمیایی خاص آنها می دهد. الکترون ها در پوسته ها مرتب شده اند و وضعیت بیرونی ترین پوسته است که بسیار مهم است. یک اتم پایدار دارای یک پوسته بیرونی کامل است. فقط عناصری که به عنوان گازهای نجیب شناخته می شوند (مانند هلیوم) این ساختار را دارند؛ بنابراین آنها به عنوان اتم های منفرد پایدار دسته بندی می شوند. سایر عناصر دارای پوسته بیرونی ناقص هستند؛ بنابراین با اتم های دیگر پیوند می خورند تا مولکول های پایدار را تشکیل دهند.
یک اتم از هسته ای (در وسط یا مرکز) تشکیل شده است که دارای نوترون و پروتون است و الکترون هایی که بار منفی دارند به دور هسته می چرخند. با توجه به ماهیت مکانیک کوانتومی، هیچ تصویری به طور کامل قادر به پیش بینی خواص مختلف یک اتم نیست و فیزیکدانان باید از تصاویر مکمل یا متفاوت را برای توضیح خواص مختلف آن ها استفاده کنند.
فهرست
اصطلاحات اساسی ساختار اتمی
عدد اتمی – یکی از مهمترین خصوصیات یک اتم، عدد اتمی آن است. می توان آن را به عنوان تعداد بار های مثبت یا پروتون در هسته نیز بیان کرد.
جرم اتمی – نوترون ها دلیل اصلی جرم اتم هستند و می توانند با تغییر تعداد آن، روی خواص فیزیکی مولکول تاثیر بگذارند. هسته ای با 4 پروتون و 4 نوترون، همان خواص هسته ای با 4 پروتون و 8 نوترون را دارد، اگرچه این دو جرم متفاوت هستند.
الکترون – دانشمندی به نام تامسون برای اولین بار در سال 1897 حضور الکترون ها را در هسته کشف کرد. بسیاری از خواص اتم ها به تعداد و آرایش الکترون های موجود بستگی دارد. جرم یک الکترون 9.1 *10 -21 کیلوگرم است.
پروتون – پروتون برای اولین بار توسط ارنست رادرفورد در سال 1919 کشف شد. این ذره بار مشابهی، اما مخالف الکترون است. جرم یک پروتون 1.67 * 10 -27 کیلوگرم است.
نوترون – نوترون ها نوع دیگری از ذرات هستند که در هسته یافت می شوند و توسط جیمز چادویک، فیزیکدان بریتانیایی کشف شدند. نوترون ها بار ندارند و جرمی برابر با پروتون ها دارند.
هسته – پروتون و نوترون که جرم مشابهی دارند و به طور قابل ملاحظه ای سنگین تر از الکترون هستند، اجزای اصلی هسته هستند. یک نمایش دقیق تر از هسته، یک دیگ در حال جوش است که پر از صدها نوع مختلف ذره در اطراف پروتون ها و نوترون ها است.
پوسته های الکترونی – یک پوسته از تمام اوربیتال هایی با مقدار n یکسان تشکیل شده است. لایه های فرعی مربوط به نرخ های مختلف اسپین و جهت اوربیتال ها و همچنین جهت گیری اسپین الکترون، ممکن است در داخل هر پوسته وجود داشته باشد. به طور کلی، هر چه پوسته از هسته دورتر باشد، پوسته های فرعی بیشتری دارد.
پیوندهای اتمی – الکترون های بیرونی اتم ها می توانند به سه روش مختلف با یکدیگر پیوند ایجاد کنند. امکان انتقال الکترون از یک مولکول به مولکول دیگر وجود دارد.
مولکول چیست
یک مولکول دو یا چند اتم است که توسط پیوندهای شیمیایی به هم متصل شده اند که کوچکترین واحد یک ماده را تشکیل می دهند که ترکیب و خواص آن ماده را حفظ می کند. مولکول ها اساس علم شیمی را تشکیل می دهند و مولکول با نماد عنصر و زیرنویس با تعداد اتم ها مشخص می شوند.
هنگامی که یک اتم دارای یک پوسته الکترونی ناقص است، گفته می شود که دارای الکترون های ظرفیتی است. هنگامی که دو یا چند اتم به هم می رسند تا الکترون های ظرفیت لایه بیرونی را به اشتراک بگذارند، یک پیوند شیمیایی (کووالانسی) تشکیل می شود و آنها وارد حالت انرژی پایین تری می شوند. هنگامی که اتم ها پیوند می خورند، انرژی در یک واکنش گرمازا آزاد می شود. اگر پیوند کووالانسی شکسته شود، به انرژی نیاز دارد و در نتیجه واکنش گرماگیر است.
مولکول های دو اتمی زمانی به وجود می آیند که فقط دو اتم با هم ترکیب شوند. نمونه ای از یک مولکول دو اتمی، مونوکسید کربن (CO) است که از یک کربن و یکی اکسیژن تشکیل شده است. مولکول های بزرگتر پلیمر نامیده می شوند و ممکن است از هزاران اتم ساخته شده باشند.