دانلود مقاله شیمی عمومی

تعریف علم شیمی شیمی علمی است زنده و پویا که ویژگیهای کمی و کیفی ساختارمواد و چگونگی تغییر و تبدیلات آنها را بیان می کند.

دوره های تکاملی شیمی 1-دوره تجربی تا 600 سال پیش از میلاد، انسان به طور تجربی به ساخت ظروف سفالی و مسی و پختن نان و دارو می پرداخت بدون اینکه بدانند در فرایندهای فوق چه اتفاقاتی می افتد.

2-دوره فلسفه یونانی و استحاله اساس عملکرد یونانیان تلاش برای پیدا کردن اصولی بود که طبیعت را بهتر بشناسند.

در این راستا دو نظریه در آن زمان اهمیت داشت.

الف:نظریه تشکیلات چهار تائی بر اساس این نظریه کلیه مواد، به نسبتهای مختلف از چهار عنصر "آب، هوا، آتش و خاک" تشکیل شده اند.

ب:نظریه استحاله یونانیان عقیده داشتند که ماده از واحدهایی به نام اتم تشکیل شده اند که شکل اتمها در هر ماده با ماده دیگر متفاوت بوده و با تغییر دادن شکل اتمها می توان عنصری را به عنصر دیگر تبدیل کرد که به آن استحاله می گفتند برخی استحاله را بدون اعتقاد به وجود اتم قبول داشتند.

3-دوره کیمیاگری از300 سال پیش از میلاد تا سال1650 میلادی روش تجربی باستانیان و آیین فلسفی یونان درهم آمیخت و کارهای زیادی نظیر تقطیر،تبلور،تصعید صورت گرفت.در آن زمان عقیده بر این بود که فلزات در طبیعت همواره به یکدیگر تبدیل می شوند بخصوص فلزات سعی بررسیدن به کمال خود یعنی طلا را دارند و کلاً عامل این تغییرات را سنگ فلسفه می خواندند که بعدا"توسط اعراب اکسیر نامیده شد.

4-دوره فلوژیستون (Phlogiston) از سال 1650 تا 1790 میلادی عقیده بر این بود که مواد قابل احتراق دارای یک عنصر آتشین (فلوژیستون) می باشند که در پدیده احتراق به واسطه گری هوا از ماده خارج میشود.

مثلا" زغال که یک ماده قابل احتراق است مقدار زیادی فلوژیستون دارد که به هنگام سوختن زغال از آن خارج شده و خاکستر را به وجود می آورد که زغال بدون فلوژیستون است پس بر اساس این عقیده زغال عبارتست از"خاکستر+ فلوژیستون" مقدارزیادی فلوژیستون + خاکسترزغال رابطه سوختن زغال امروزه به این صورت نوشته می شود: گازهای اکسیژن دار+خاکستر اکسیژن هوا+زغال طبق نظریه فلوژیستون موادی که قابلیت احتراق آنها ناچیز است نظیر فلزات فلوژیستون آنها نیز کم است.وقتی فلزی در هوا بسوزد به calx [اکسید فلز] و مقدار کمی فلوژیستون تبدیل میشود.

مقدارکمی فلوژیستون + کالکس فلز فلز برعکس رابطه فوق برای بدست آوردن فلز خالص،کالکس را با زغال می گداختند و اعتقاد بر این بود که فلوژیستون زغال به کالکس که از این نظر فقیر بود منتقل می شود و لذا زغال به خاکستر وکالکس به فلزتبدیل می شود .خاکستر زغال + فلززغال+ کالکس فلز برطبق نظریه فلوژیستون ترکیب هر فلز عبارت بود از: "کالکس+ فلوژیستون" و اعتقاد بر این بود که تصعید موجب می شود که فلوژیستون از فلز خارج شود.همچنین عقیده داشتند که کربن غنی ازفلوژیستون است و میتواند بجای فلوژیستون با کالکس تولید فلز را بنماید.

فلوژیستون ‍[که توسط هوا خارج می گردد]+کالکس فلز گاز کربن مونواکساید + فلز کالکس + کربن 5-دوره شیمی نوین این دوره از سال 1790 و با قانون بقای جرم لاوازیه شروع شد و تاکنون در رشته های زیرین تکامل زیادی رخ داده است.

الف: شیمی آلی _ که شیمی ترکیبات کربن است و اصطلاح آلی نشأت گرفته از تصوری است که آن را برگرفته از منابع آلی گیاهی یا حیوانی می دانستند.

ب: شیمی معدنی _ که کلیه عناصر بجز کربن را شامل می شوند.

برخی از مواد مثل کربنات یا دی اکسید کربن را از قدیم جزء مواد معدنی می دانستند.

ج: شیمی تجزیه _ که علم شناسایی کیفی و کمی اجزاء سازنده مواد است.

ه: بیوشیمی _ که عبارتست از مطالعه شیمی سیستمهای زنده گیاهی و جانوری.

انواع ماده ماده ماده عبارتست از هر چیزی که فضا را اشغال کند و جرم داشته باشد .ماده همواره تمایل دارد که وضع خود را حفظ نماید یعنی اگر ساکن است ساکن بماند و اگر در حال حرکت یکنواختی است به حرکت خود ادامه دهد به این خاصیت ماده اینرسی [ ماند =inertia ] میگویند.اینرسی هر جسم بستگی تام به ماده پرکننده آن جسم دارد مثلاً اینرسی یک گوی آهنی خیلی بیشتر از اینرسی یک توپ است.

لذا نیروی لازم برای به حرکت در آوردن و یا متوقف کردن آنها نیز فرق می کند.

جرم هر جسم نیز عبارتست از مقدار ماده ای که در آن انباشته شده است.

پس هر چقدر اینرسی بیشتر باشد جرم نیز بیشتر خواهد بود.

وزن هر جسم با جرم آن فرق دارد زیرا وزن یک جسم از جنس نیرو است و عبارتست از برایند نیروهایی که از طرف زمین بر ذرات آن وارد می شود و بنابراین در نقاط مختلف زمین وزن اجسام متفاوت خواهد بود در حالی که جرم یک جسم عمدت‍اً ثابت است.

اگر شتاب جاذبه برجسم در نقطه ای از زمین g باشد وزن جسمی به جرم( m ) برابر است با: w = m .

g ماده به دو دسته خالص و مخلوط تقسیم می شود.

فرمی از ماده را که ترکیب ثابت و خواص مشخص داشته باشد جسم خالص یاpure substance می گویند و اکثراً کلمه pure را ذکر نمیکنند.نظیر اکسیژن، مس، آب، نمک طعام ...

مثلاً آب در هر حالتی از دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن ساخته شده است.

اگر جسم خالصی بتواند به اجسام ساده تر از خود تبدیل شود به آن مرکب ( compound ) می گویند [مثل آب و نمک طعام] لکن اگر قابل تجزیه نباشد به آن عنصر ( element ) گفته می شود [نظیر اکسیژن و مس].

عناصر توسط نمادهای بین المللی مشخص می شوند.ممکن است نام عنصر از زبانی به زبان دیگر فرق کند مثلاً نیتروژن به زبان ایتالیایی AZOTO و به آلمانی اش تیکش توف ( stiekstoff ) گفته می شود.لکن نماد آن در هر دوزبان” N “ می باشد.

اگر دو یا چند عنصر و یا ترکیب با خواص مختلف به گونه ای با هم مخلوط شوند که هر یک از آنها آثار خود را حفظ نماید به این فرایند مخلوط ( mixture ) می گویند که ممکن است غیر یکنواخت (ناهمگن) و یا یکنواخت (همگن) باشند.مخلوط یکنواخت را solution میگویند [اگر چه برداشت ما از کلمه solution یک مایع است] به هر حال solutionمیتواند به سه حالت گاز [ مخلوط اکسیژن ، نیتروژن و........

در سولوشن هوا ] و یا جامد [مخلوط انواع چربیها در سولوشن موم] و یا مایع [مخلوط آب و شکر در سولوشن شربت]وجود داشته باشد.

به مخلوط همگن درآب، محلول مایی aqueous solution می گویند.

در مخلوط همگن مواد چنان یکدیگر را در بر می گیرند که در حال حاضر راهی وجود ندارد که بتوانیم با یک نگاه مخلوط همگن (solution) را از ماده مرکب (compound) تشخیص دهیم.

فرق مخلوط همگن و ناهمگن فرق مخلوط و مرکب 1-مخلوط را به هر نسبتی می توان تهیه کرد مثلاً اگر گوگرد و براده آهن را روی هم بریزیم مخلوطی به دست می آید که نه رنگ آهن را دارد و نه رنگ گوگرد را.

اگر براده آهن را بیشتر بریزیم مخلوط خاکستری می شود و اگر گوگرد زیادتری را استفاده کنیم مخلوط به رنگ زرد در می آید.

لکن در مرکب آب همواره باید دو مولکول هیدروژن و یک مولکول اکسیژن شرکت نماید.

2- خواص اجسام در مخلوط ثابت می ماند در حالیکه در مرکب از بین می رود.

مثلاً در مثال فوق اگر آهن ربایی به مخلوط نزدیک شود براده های آهن را از مخلوط به خود جذب می کند در حالیکه اگر 4 گرم از گوگرد را با7 گرم آهن حرارت بدهیم جسم مرکبی به دست می آید که نه خاصیت آهن را دارد و نه خاصیت گوگرد را.به طوریکه اگر آهن ربا را به آن نزدیک کنیم اتفاقی نمی افتد.

3-اجسام مخلوط را به آسانی به طرق مختلف فیزیکی می توان از مخلوط جدا کرد لکن مواد سازنده اجسام مرکب را به آسانی نمی توان از آن تفکیک نمود و روش های شیمیایی خاصی برای این کار لازم است.

ارقام با معنی significant figures در هر اندازه گیری، ارقام ارائه شده باید با صحت (Accuracy) و دقت (Precision) همراه باشد.

اگر وزن جسمی با ترازویی که دقت آن 0001/0 است برابر باشد با 2407/2 تمام ارقام این عدد "بامعنی "است این ترازو تا 4 رقم بعد از اعشار را اندازه می گیرد.

البته صحت آخرین عدد[7]با تردید تلقی می شود زیرا این ترازو، چهارمین رقم اعشاری را بین یک واحد بالاتر یا پائین تر از آن نشان می دهد .در واقع برای نشان دادن دقیق ترین وزن جسم فوق بایدعدد مربوطه را با ضریب دقت بنویسیم مثل [0001/0 + 2407/2].

با توجه به دقت ترازویمان، نه می توانیم جلو عدد 7 صفری بگذاریم و نه اگر بجای 7 صفر بود آن صفر را حذف کنیم.

عملیات ریاضی: برای نوشتن پاسخ جمع یا تفریق چند عدد باید تعداد عدد اعشاری را بر حسب کوچکترین عدد اعشاری داده مسأله انتخاب کرد مثلاً در مورد جمع 8/64 = 3/1+ 52/37 +017/26 پاسخ را تا یک رقم اعشاری می نویسیم [زیرا کوچکترین عدد اعشاری داده مسأله (3/1) دارای یک رقم اعشار است].

در ضرب و تقسیم هم به تعداد ارقام بامعنی که عدد با کمترین دقت موجود در مسأله دارد، ارقام پاسخ مسأله را تعیین می کنند.

مثلاً حجم مستطیل به ابعاد 221/6 و 2/5 سانتی متر پاسخ می شود 32 متر مربع زیرا ارقام با معنی کوچکترین عدد مسأله [2/5] دو رقم است.

قانون صفرها: 1-تمام اعداد صحیح غیر صفر با معنی هستند.

2-تمام صفرهایی که سمت چپ اولین عدد غیر صفر قرار دارند معنی دار نیستند زیرا صرفا ًبرای مشخص کردن محل ممیز به کار می روند مثلاً در شماره 0089/0 ، دو رقم 9و8 و در شماره 00567/0 سه رقم 5 و6 و 7 معنی دار هستند.

3-صفرهای بین دو عدد صحیح، بامعنی به شمار می آیند مثلاً در شماره 08/207 در واقع 5 رقم بامعنی داریم و در شماره 0401/ 0سه رقم با معنی.

4-تمام صفرهای انتهای ارقام دارای اعشار معنی دار هستند مثلاً شماره 070/34 دارای 5 رقم معنی دار است و 0670/0 دارای سه رقم معنی دار می باشد.

در مورد شماره /400 هم که به ندرت به این صورت مصرف می شود سه رقم معنی دار وجود دارد .

5-صفرهای سمت راست اعدادصحیح می توانند بامعنی و یا بدون معنی باشند.

برای حل این مشکل شماره مربوطه را به صورت توانی از 10 و یک رقم در سمت چپ ممیز نشان میدهند.

مثلاً شماره 600 بسته به اینکه 1 یا2 ویا3 رقم بامعنی داشته باشد به صورت 102 ×/6 یا 102 ×0/6 و یا 102 ×00/6 نوشته می شود .6- شمارهایی که قبل از ممیز چندین صفر دارند، تمامی ارقام قبل از ممیز آنها بامعنی هستند ولی چنانچه از ممیزاستفاده نشده باشد در این صورت صفرها بامعنی نخو اهند بود مثلاً/200 سه رقم با معنی داردو 200 یک رقم.

گرد کردن یا سرراست کردن اعداد اضافی ROUNDING OFF UNNECESSARY FIGURES برای سرراست کردن [گرد کردن] شماره ها، آن تعداد از اعداد با معنی که مورد نظرمان است، آنها را حفظ کرده بقیه را حذف می کنیم.

اگر عدد حذف شده 5 بوده و بعد از آن رقمی نباشد و یا فقط عدد صفر باشد، در آن صورت پس از حذف 5 ، چنانچه عدد ما قبل 5 [که اینک باقیمانده] فرد باشد، یک واحد به آن اضافه می گردد و اگر زوج باشد، تغییری در باقی مانده نمیدهد.

مثلاً وقتی دو رقم با معنی برای ما مطرح باشد دو شماره 750/4 و 850/4 هر دو به صورت سر راست 8/4 نوشته می شوند.

اگر رقم حذف شده بزرگتر از 5 باشد به رقم باقی مانده یک واحد اضافه می شود مثلاً برای شماره 5647/7 اگر 4 رقم با معنی در نظر باشد ، این شماره خواهد شد 565/7 و برای شماره 2501/6 تا دو رقم بامعنی این شماره می شود 3/6 و اگر رقم حذف شده کوچکتر از 5 باشد بدون تغییری در باقی مانده ارقام ناخواسته حذف می گردد.

مثلاً عدد 6247/ 3 با سه رقم بامعنی خواهد شد 62/3 .

محاسبات شیمیایی برای محاسبات شیمیایی ازضریب تبدیل به شرح زیر استفاده می شود.

برای نوشتن ضریب، کسری را می نویسیم که صورت و مخرج آن واحدهای معادل از یک مقیاس اند مثلاً یک متر که 100 سانتی متر است برحسب مورد 1 در صورت (و یا مخرج) و 100 در مخرج (یا صورت) نوشته می شود.

2- نشانه واحد هم به همراه عدد باید نوشته شود مثلاً: 3- طرح محاسبه را به صورت زیر نوشته اعداد را جایگزین می کنیم ضریب تبدیل× عدد داده مسأله= عددخواسته مسأله 4- نشانه واحدها طوری باید نوشته شود که جملگی از صورت و مخرج حذف شده و در پایان فقط یک نشانه باقی بماند [به استثنای محاسبات مربوط به نسبتها که دو نشانه در پایان باقی خواهد ماند].

اگر [به غیر از محاسبات نسبتها] بیش از دو نشانه از واحدها باقی ماند، یا اصلاً نشانه ای باقی نماند حتماً در حل مسأله اشتباه شده است.

مثال: 8 متر چند اینچ است؟

حل میدانیم که 1 inch = 2.54cm 1m= 100 cm Inch =315 = X= 8mXاینچ؟

مثال: 87/7 اینچ چند سانتی متر است ؟

حل : میدانیم که1 inch = 2.54 cm در رابطه طرح محاسبه باید عکس نسبت بالا را بنویسیم تا اینکه بتوانیم واحدهای هم نام صورت و مخرج را حذف کنیم =20 cm =7.87 inch X سانتی متر؟

درصدها همان طوری که مبحث قبلی ضریب تبدیل را از واحدهای معادل بدست می آوردیم مثلاً میگفتیم در هر یک متر 100 سانتی متر موجود است در مورد درصد مواد هم به همین طریق میتوان ضریب تبدیل را نوشت مثلاً وقتی سکه ای از 75% مس و 25% نیکل ساخته شده یعنی در هر 100 گرم آلیاژ سکه 75 گرم مس موجود است [و همینطور 25 گرم نیکل] به عبارت دیگر100گرم آلیاژ معادل است با75 گرم مس یا 25 گرم نیکل.

علامت "معادل است" رابا نشان می دهند 100 g 75 g cu آلیاژ 100 g 25g Ni آلیاژ مثال : برای تهیه آلیاژی از 75% مس و 25% نیکل چند گرم نیکل را به 0/50 گرم مس اضافه کنیم؟

حل : طرح محاسبه را می نویسیم و بعد ضریب تبدیل مناسب را انتخاب می کنیم و در پایان اعداد را جایگزین می نمائیم.

ضریب تبدیل × داده مسأله = خواسته مسأله چون داده مسأله مس وخواسته نیکل است ضریب تبدیل باید انتخاب شود .

= 16.7 g Ni ?

Nig = 50gCu .

مثال : نقره استرلینگ مرکب است از 5/92 % نقره و مقداری مس .از00 /3 کیلو نقره خالص چند کیلو نقره استرلینگ می توان ساخت ؟

حل : طرح محاسبه را می نویسیم و پس از انتخاب ضریب مناسب، اعداد را جایگزین می کنیم ضریب تبدیل × داده مسأله = خواسته مسأله چون داده مسأله نقره وخواسته، استرلینگ است ضریب مناسب خواهد شد استرلینگ = 3.24 kg = 3.00 kg Ag xکیلوگرم نقره استرلینگ؟

نسبت ها گاهی نسبت یک واحد به واحد دیگر را در دست داریم مثل مقدار جرم یک ماده در واحدی از حجم یا سرعت، خواندن کتاب در واحدی از زمان و می خواهیم این نسبت را در واحدهای دیگر به دست آوریم مثلاً جرم ماده اگر در نسبت قبلی به گرم بوده است اینک به کیلو و واحد حجم اگر به cm3 بوده است اینک به m3 داشته باشیم در این حالت نسبت خواسته مسأله را با واحدهای مربوطه می نویسیم سپس ضریب تبدیل های مناسب را از داده های مسأله انتخاب و در پایان اعداد را در طرح محاسبه قرار میدهیم.

مثال : اتومبیلی 16 کیلو متر را در 13 دقیقه طی می کند سرعت آن چند کیلو متر در ساعت است؟

ضریب تبدیل × داده مسأله = خواسته مسأله چون واحد داده مسأله دقیقه و واحد خواسته ساعت است باید ضریب تبدیل ساعت به دقیقه را منظور نمائیم.

=74 x = چگالی ضریب تبدیل نسبتی فوق کاربرد زیادی دارد مثلاً در محاسبه چگالی اجسام یا در واقع محاسبه نسبت جرم به حجم آنها به کار می رود.

برای محاسبه چگالی (Den sity) واحد حجم را در مورد جامدات cm3 یا m3 برای مایعات ml و برای گازها لیتر در نظر میگیرند = چگالی چگالی اجسام محاسبه شده و در جداول مرجع موجود است مثلاً در 25 بر حسب چگالی هوا001/0 ،آب 1، نمک طعام 16/2، آهن 9/7 و طلا32/19 می باشد.

یادآور می شود که نمی توانیم بگوییم که آهن سنگین تر ازهوا است زیرا یک کیلوگرم آهن درست مساوی یک کیلوگرم هوا می باشد ولی آهن حجم کمتری را اشغال میکند به عبارت دیگر چگالی آهن بیشتر از هوا است.

مثال 1- برای آزمایشی g0/ 15 اتانول لازم است اگر چگالی آن g/ml 789/0 باشد چند میلی لیتر اتانول باید تهیه نمود ؟

ml 19 V= = 0.789=چگالی مثال2- وزن یک تاج g 0/1325 وحجم آن cm3 0/124 است چگالی تاج چقدر است آیا تاج طلای خالص است ؟

[چگالی طلا=g 32/19 ] =10.69=چگالی چون چگالی به دست آمده از چگالی طلا [32/19] خیلی کمتر می باشد نتیجه اینکه به تاج فلزات کم عیار اضافه شده است.

واحدهای اندازه گیری = SI ( Systeme International d unites = International System ) در حال حاضر بر اساس رأی سازمان بین الملی واحدها در فرانسه، در سیستم تکمیل شده متریک قبلی (metric) که اینک SI unites نامیده می شود 7 واحد اصلی اندازه گیری در نظر گرفته شده است تعدادی هم واحد فرعی وجود دارد که مشتق از واحدهای اصلی هستند.

مثلاً واحد سرعت عبارتست از متر بر ثانیه که برگرفته از واحد اصلی طول [متر] و واحد اصلی زمان [ثانیه] است.

بعلاوه اینکه برای مقادیر بزرگ و یا کوچک هم واحدهایی با پیشوندهای مربوطه مشخص شده است.

..

کمیت فیزیکی نام واحد نماد ________________________________________________________________ جرم mass کیلوگرم kilogram kg طول length مترm meter زمان time ثانیهseeond s دما temperature کل وین Kelvin K جریان الکتریسیتهelectric current آمپر ampere A مقدار ماده خالصamount of substabce مولmole mol شدت روشنایی luminos intensity شمعeandela ed اندازه 10-12 10-9 10-6 10-3 10-2 10-1 101 102 103 106 109 پیشوند Pico Nano Micro Mili Centi Deci Deca Hecto Kilo Mega Giga نماد G p n μ m c d da H K M برخی ازواحدهای غیر SI SIتبدیل برخی از واحدهای انگلیسی به درشیمی SIبرخی از واحدهای فصل –دوم ساختمان اتم نظریه اتمی دالتون Douton,s Atomic Theory بر اساس فرضیه Democritus و دیگر دانشمندان یونانی، تا سال 1803 چنین عقیده ای رایج بود که هر ماده پس از تقسیم شدن پی در پی، بالاخره به اتم می رسد که غیر قابل تقسیم شدن است .در این سال دالتون نظریه کاملتری را به شرح زیر ارائه نمود : هر عنصر از ذرات بسیار ریز به نام اتم درست شده که تقسیم ناپذیر است.

جرم و تعداد اتم های موجود در یک عنصر با هم یکسان هستند ولی اتم های یک عنصربا عنصر دیگر تفاوت دارد.

در واکنشهای شیمیایی هیچ اتمی به اتم دیگر تبدیل نمی گردد، هیچ اتمی خود به خود ساخته نمی شود، هیچ اتمی از بین نمی رود فقط اتم ها از هم جدا می شوند و یا به هم می پیوندند.

یک ماده مرکب، از پیوستن اتمهای دو یا چند عنصربوجود می آید و در چنین ماده ای تعدادونوع اتمها همواره ثابت است.

موارد ماندگار از نظریه دالتون قانون بقای جرم، قانون نسبتهای معین، قانون نسبتهای چند برابر.

موارد رد نظریه دالتون اتم قابل تجربه است [انتشارسه نوع اشعه ازموادرادیواکتیونشان می دهدکه اتم را میتوان به ذرات الکترون وپروتون ونوترون تجزیه کرد].

2- جرم اتمهای یک عنصر می تواند متفاوت باشد [ایزوتوپ های برخی از عناصر، جرم اتمی متفاوت دارند].

موارد نقص نظریه دالتون در نظریه دالتون از ظرفیت، خاصیت الکتریکی مواد وتغییر رفتار عناصر در گروه ها ودورهای جدول تناوبی بحثی نشده است .

قانون بقای جرم (پایستاری) لاووازیه Law of conservation of matter در فرایندهای شیمیایی نه اتمی ایجاد می شود ونه ازبین می رود، فقط اتم ها جابجا می شوند در نتیجه جرم کل اتم هایی که وارد واکنش می گردند با جرم کل محصولات واکنش برابر خواهد بود .

این قانون با اصل سوم دالتون همخوانی دارد.

قانون نسبت های معین پروست Law of constant composition عناصر سازنده یک ماده مرکب خالص معین از لحاظ تعداد و جرم اتم های شرکت کننده در آن، دارای نسبتی هستند که همواره ثابت است.

مثلاً چنانچه آب را به هر مقدار و به هر روش تجزیه کنیم در همه حال وزن اکسیژن آن 81/88% و هیدروژن آن 19/11% خواهد بود.

این قانون با اصل چهارم دالتون همخوانی دارد.

قانون نسبت های چند برابر Law of multiple proportion دالتون از نظریات مطروحه خود قانون "نسبت های چندبرابر" را نیز استنتاج نمود به این ترتیب که: اگر جرم ثابتی از عنصر A با جرم های متفاوتی از B ترکیب شود.

نسبت جرم های متعدد Bبا یکدیگر اعدادی صحیح، ساده و کوچک است.

مثلاً دو گرم هیدروژن با 16 گرم اکسیژن تولید آب و با 32 گرم اکسیژن پرهیدرول [اکسیژن پراکساید] را می نماید که نسبت 32 به 16 یعنی 2، عددی است صحیح و ساده و یا در N2O5 , N2O4 , N2O3 , NO, N2O جرمهای اکسیژن به ترتیب 64، 48، 32، 16و 80 است که نسبتهای آنها به یکدیگر 2 = ، =3و..........

میباشد.

اتم قابل تجزیه است اثبات وجود الکترون 1- ماهیت الکتریکی ماده تا اواخر قرن 19 میلادی، آزمایش های زیادی برای نشان دادن ماهیت الکتریکی ماده صورت می گرفت مثلاً Davy باتجزیه مواد مرکب Na Cl].......] توسط الکتریسیته به این نتیجه رسید که هر مولکول از تعدادی اتم تشکیل شده که در اثر جاذبه الکترواستاتیکی موجود بین بارهای الکتریکی غیر همنام به هم پیوسته اند ضمناً بارها وقتی پیدا می شوند که دو جسم مستعد به هم نزدیک گردند.

Berzelius اعتقاد داشت که بارهای الکتریکی از پیش در اتم ها وجود دارند.

Farady رابطه بین مقدار الکترسیته مصرفی و مقدار ماده مرکب تجزیه شده را بررسی کرد.بر مبنای کار فاراده، Stoney پیشنهاد کرد که واحدهای بار دار الکتریکی با اتم ها ارتباط دارند و آنها را الکترون نامید.

بعدها پرتو کاتدی کشف شد و آزمایش ها نشان داد که این پرتو از ذراتی با بار منفی که حرکت سریع دارند تشکیل شده است.

این ذرات همان طوری که اٍستونی پیشنهاد کرده بود الکترون نامیده شد.

2-آزمایش های پرتو کاتدی کروکس و تامسون با استفاده از الکتریسیته بر روی اتم (الکترون) مطالعات بسیار ارزنده داشتند.

1-2- آزمایش Crookes کروکس در دو انتهای یک لوله شیشه ای مسدود، دو صفحه فلزی که به آن الکترود می گویند قرار داد سپس هر صفحه را به یک قطب از یک منبع با ولتاژ بالا وصل نمود.

چون هوای داخل لوله شیشه ای با فشار معمولی پُر شده بود به علت تراکم مولکول های هوا، قاعدتاً هیچگونه جریان الکتریکی نمی توانست واقع شود.

لکن به محض اینکه پمپ تخلیه فشار داخل لوله به 10mmHg کاهش یافت، با کم شدن تراکم مولکول های هوا و باز شدن فضای داخل لوله، جریان الکتریسیته از طرف صفحه کاتد (بارمنفی) به طرف صفحه آند (بارمثبت) بر قرار گردید و فضای لوله روشن شد.

به این پرتو که از کاتد سرچشمه می گیرد پرتو کاتدی می گویند.

کروکس با نزدیک کردن یک آهن ربا به لوله شیشه ای و منحرف شدن اشعه از مسیر مستقیم خود نتیجه گرفت که پرتو کاتدی از ذراتی ساخته شده که دارای بار الکتریکی هستند.

2-2- آزمایش تامسون Thamson تامسون دوصفحه ای که هریک به قطبی ازیک منبع باولتاژ پائین وصل شده بود به لوله شیشه ای آزمایش کروکس نزدیک کرد و مشاهده نمود که مسیر مستقیم پرتو به طرف صفحه با بار مثبت منحرف می شود و نتیجه گرفت که بارالکتریکی ذرات تشکیل دهنده پرتو کاتدی منفی است و همانطوری که Stoney پیشنهاد کرده بود آن را الکترون نامید.

اگر چه تامسون نمی توانست جرم و اندازه بار الکترون را اندازه بگیرد لکن از طریق میزان انحراف مسیر پرتو کاتدی در یک میدان مغناطیسی با قدرت مشخص توانست نسبت بار الکتریکی (e) را به جرم الکترون (m) به دست آورد.

این نسبت که به آنelm می گویند برابر است: [علامت منفی نشان دهنده منفی بودن بار الکترون است].

دانستن این نسبت و قادر نبودن به اندازه گیری جرم الکترون مشابه این مطلب است که اگر نتوانیم جرم یک سیب و یا هسته آن را اندازه بگیریم لکن می توانیم بگوئیم که جرم سیب مثلا ًهزار برابر هسته آن است.

تامسون همچنین نشان داد که پرتو کاتدی به جنس فلز کاتد بستگی ندارد.

3-2- بار الکترون – آزمایش میلیکان (Millikan) میلیکان توانست مقدار مطلق بار الکتریکی الکترون را با انجام آزمایش زیر به دست آورد: جعبه ای فراهم کرد که در داخل آن دو جوشن یک خازن قرار داشت.

در صفحه بالایی که دارای بار مثبت بود یک منفذ با دریچه تعبیه نمود.

ابتدا به وسیله افشانه روغنی را در محفظه بالای جعبه پاشید، بعد با تاباندن اشعه X به مولکول های هوا، الکترون های آنها را جدا کرد.

وقتی یک قطره از روغن از منفذ فوق عبور نمود، دریچه آن را بست.

ذره روغن تحت تأثیر نیروی جاذبه به طرف پائین سقوط کرد ولی چون با جذب الکترون بار منفی به خود گرفت در نتیجه به طرف جوشن مثبت رو به بالا برگشت.

میزان بالا رفتن قطره را توسط عدسی چشمی مدرج مشاهده و اندازه گیری نمود.

میلیکان پس از حدود هزار بار آزمایش نتیجه گرفت که با وجود آنکه بار قطرات مختلف با هم فرق داشت لکن بار الکتریکی هر قطره همواره مضرب صحیحی از عدد کوچک -1.6 .

10-19 کولمب بود.

این مقدار به عنوان بارالکتریکی الکترون انتخاب شد.

با توجه به اینکه تامسون مقدار را محاسبه کرده بود میلیکان پس از محاسبه (e) جرم الکترون را نیز به دست آورد که برابر بود با9.1 .

10-28 گرم.

نتایج آزمایش پرتو کاتدی 1- پرتو کاتدی یک موج نیست بلکه عبارتست از ذراتی که دارای جرم و بار منفی است و به آن الکترون می گویند.

2- مسیر پرتو کاتدی مستقیم است.

3- ذرات منتشره از کاتد، به نوع فلز کاتد و یا گازی که بدواً در لوله پر شده باشد بستگی ندارد.

4- چون بار پرتو منفی است، در میدان الکتریکی به طرف قطب مثبت میدان منحرف می شود.

5- درجه این انحراف با بار ذره (e) نسبت مستقیم و با جرم ذره ( m ) نسبت معکوس دارد.

پس نسبت بار به جرم ( ) معین کننده میزان انحراف الکترون ها از مسیر مستقیم در میدان الکتریکی است.

به عنوان مثال بین 39K+ , 23Na+ درجه انحراف Na بیشتر است [زیرا جرم کمتری دارد] و بین 40Ca+ , 40Ca++ درجه انحراف40Ca++ بیشتر می باشد [زیرا بار بیشتری دارد].

به طورکلی هر چقدر نسبت ( ) بیشتر باشد انحراف بیشتر خواهد بود مثلاً بین : [== ] ++ و [= =] +++ و [ = = ]++ درجه انحراف عبارتست از He2+ > Al3+> Ca2+ 6- الکترون ها در میدان مغناطیسی نیز منحرف می شوند ولی در اینجا انحراف عمود بر میدان است.

اثبات وجود پروتون گلداشتاین (Goldstein) صفحه کاتدی لوله شیشه ای آزمایش کروکس را به صورت سوراخ دار درست کرد و در این شکل جدید آزمایش کروکس را تکرار نمود.

در این حالت او نه تنها جریان الکترون ها را از طرف کاتد به آند دید بلکه پرتوهای مثبت را نیز در ناحیه پشت کاتد مشاهده کرد.

امروزه می دانیم که اگر از یک اتم خنثی [تعداد بار مثبت و منفی برابر]، چند الکترون جدا شود، باقیمانده اتم به همان اندازه بار مثبت پیدا می کند.

به این ترتیب وقتی در آزمایش وی پرتو کاتدی در مسیر حرکتش بطرف آند تعدادی الکترون را از اتم های گاز موجود در لوله جدا نمود.

معادل این تعداد الکترون، ذرات با بار مثبت (پروتون) به طرف کاتد جریان پیدا کرد.چون بار الکتریکی پروتون مثبت است به این جریان، پرتو مثبت می گویند.

انواع گازها، انواع متفاوتی از پروتون را ایجاد می کنند.

جرم پروتون حاصل از گاز هیدروژن از هر یون مثبت دیگری کمتر است و جرم پروتون 1836 برابر جرم الکترون می باشد.

اثبات وجود نوترون راترفورد، وجود ذرات بدون بار را در هسته اتم مسلم می دانست [آزمایش اول راترفورد] لکن اینکه چرا علی رغم دو برابر بودن بار الکتریکی هلیم نسبت به هیدروژن، جرم اتمی آن چهار برابر است مدتها برای دانشمندان ابهام بود تا اینکه چادویک (Chadwick) وجود ذرات پیشنهادی راترفورد را ثابت کرده و جرم آنها را نیز اندازه گرفت که قدری بیشتر از پروتون است.

پرتوزائی هسته پرتو ایکس – رادیواکتیویته کشف پرتوایکس و پدیده رادیواکتیویته از خاطرات دستیابی های اتفاقی تاریخ علوم است.

وقتی رونتگن (Roentgen) در یک اتاق تاریک مشغول مطالعه درخشش برخی از اجسام در اثر برخورد با پرتو کاتدی بود متوجه شد ورقه آغشته به جسم مورد آزمایش که در فاصله دوری از لوله پرتو کاتدی قرار داشت نیز درخشش دارد حتی وقتی لوله پرتو کاتدی را به اتاق دیگر برد باز هم درخشش ورقه را در اتاق تاریک مشاهده کرد.

رونتگن نام این پرتو را که می توانست از شیشه و دیوار بگذرد پرتوایکس نامید که از آند سرچشمه می گیرد و برخلاف پرتو کاتدی که جریانی از ذرات با بار منفی بود، جنس آن همانند انرژی نورانی است معذک هر دوی اینها پرتوهای الکترومغناطیس اند.

هرگاه پاره ای از الکترون های اتم [به ویژه نزدیک ترین الکترونها به هسته اتم] در اثر تحریک، انرژی جذب کنند موقتاً از هسته دور می شوند ولی پس ازحذف محرک، الکترون ها به مکان اولیه برگشته و انرژی جذب شده را به صورت پرتوایکس با فرکانس اختصاصی آن اتم از دست می دهد.

پس از کشف پرتوایکس، بکرل (Becquerel) تصیم گرفت که تحقیق نماید آیا ایجاد خاصیت فلورسانس در برخی از مواد شیمیایی تحت تأثیر نور شدید خورشید، با پرتوایکس ارتباط دارد یا نه.

در حین این مطالعه در یک روز ابری، فیلم حساس عکاسی را که بطور کاملا ًمحفوظ داخل پاکت بسته ای در کشوی میز کارش بود ، به کار گرفت.

هنگام ظهور فیلم متوجه لکه های سیاهی در آن شد و دریافت که قطعه اورانیومی که سهواً در کشوی میز بر روی پاکت قرار داشته، نوعی پرتو نامرئی از خود خارج ساخته که درست در همان محل ایجاد لک نموده است.

آزمایشات بعد نشان داد که این تشعشع با فلورسانس ارتباط ندارد.

مادام کوری مطالعات زیادی بر روی این پرتو انجام داد و این پدیده را رادیواکتیویته (Radio activity) و مولد آن را رادیواکتیو نامید.

بررسی هسته اتم با رادیواکتیو آزمایش اول راترفورد (Rutherford) راترفورد، یک قطعه رادیوم را که رادیواکتیو است در داخل محفظه ای از سرب که دارای یک منفذ برای خروج پرتو می باشد قرار داد.

پس از عبور دادن پرتو از یک میدان قوی مغناطیسی مشاهده کرد که صفحه فلورسنت در انتهای دستگاه در سه نقطه روشن شد.

نتیجه گرفت که پرتو فوق از سه جزء تشکیل گردیده است.

راترفورد پرتوی را که به طرف بار منفی منحرف شده، دارای دو بار مثبت و جرمی معادل 4 برابر هیدروژن یا در واقع از جنس هسته هلیم بود، آلفا (α) نامید و پرتوی را هم که به طرف بار مثبت منحرف شده و همانند پرتو کاتدی جریانی از الکترون های با بارمنفی بود بتا (β) نامید.

پرتو سوم که توسط میدان مغناطیسی هیچگونه انحرافی پیدا نکرده بود.

شباهت بسیار زیادی به پرتو ایکس داشت ولی بسیار نافذتر از آن بود.آن را پرتو گاما (γ) نام نهاد که نه جرمی داشت ونه بار الکتریکی.