تراوه
شعاع اتمی
شعاع اتمی (به انگلیسی: Atomic radius) یک عنصر شیمیایی معیاری برای اندازه‌گیری اندازهٔ اتم است که عموماً فاصلهٔ میانگین هسته تا مرز ابر الکترونی در نظر گرفته می‌شود. الکترون‌ها در محدوده‌هایی حرکت می‌کنند که شبیه ابر به نظر می‌رسد. همین نشان دهندهٔ دشواری اندازه‌گیری شعاع اتمی خواهد بود، زیرا این مرز مشخص نیست. از این رو تعاریف متفاوتی از شعاع اتمی وجود دارد که سه مورد پراستفادهٔ آن عبارتند از شعاع واندروالسی، شعاع یونی و شعاع کووالانسی. بسته به تعریف، این عبارت می‌تواند در مورد اتم‌های منفرد، اتم‌های مادهٔ چگال، مولکول‌های دارای پیوند کووالانسی، مولکول‌های یونیذه شده یا برانگیخته بکار رود و اندازهٔ آن می‌تواند بطور تجربی اندازه‌گیری شود یا توسط مدل‌های نظری محاسبه شود.طبق بیشتر تعاریف شعاع اتمی بین ۳۰ تا ۳۰۰ پیکومتر (۰/۳ تا ۳ آنگستروم) است.





این بدین معنی‌ست که شعاع اتم بیش از ۱۰هزار برابر بزرگتر از هسته اتم (۱ تا ۱۰ فمتومتر) و ۱۰۰۰ برابر کوچکتر از طول موج نور مرئی (۴۰۰ تا ۷۰۰ نانومتر) است.




مولکول

مولکول، کوچک‌ترین ذرهٔ یک مادهٔ شیمیایی خالص است که ویژگی‌های آن ماده را دارد. یک مولکول از دو یا چند اتم تشکیل شده که با پیوند شیمیایی به هم متصل‌اند. البته مولکول بعضی عناصر (همچون گازهای بی‌اثر) تنها از یک اتم تشکیل شده است.

اتم‌های یک مولکول می‌تواند از یک نوع باشد و هم می‌تواند از چند نوع باشد.

نسبت اتم‌ها در یک مولکول خاص همیشه ثابت است. برای مثال در مولکول آب نسبت اتم‌های هیدروژن به اکسیژن همیشه ۲ است. تعداد اتم‌های موجود در یک مولکول به وسیلهٔ فرمول شیمیایی آن نشان داده می‌شود. البته باید توجه داشت که فرمول شیمیایی به تنهایی نشان دهندهٔ ویژگی‌های ماده نیست. ممکن است دو ماده فرمول شیمیایی یکسانی داشته باشند، اما ویژگی‌های آنها کاملاً متفاوت باشد. برای مثال اتانول و دی‌متیل اتر فرمول شیمیایی یکسان اما خواص شیمیایی متفاوت دارند. به این مواد ایزومر گفته می‌شود.



مولکول

یک مولکول، مجموعه‌ای از اتم‌های یک مادهٔ مشخص دارای فرمول شیمیایی است. کلمهٔ مولکول از زبان لاتین گرفته شده و به معنی تودهٔ کوچکی از مواد می‌باشد. برای مثال مولکول متان(CH۴) از یک اتم کربن و چهار اتم هیدروژن تشکیل شده است یایک اتم اب از یک اتم اکسیژن و دو اتم ئیدروژن تشکیل شده است.

یک مولکول ذره‌ای است که دارای قابلیت حرکت و مستعد دادن واکنش شیمیایی با مواد دیگر است، در حالی که اتم از ذرات کوچک ثابت‌تری تشکیل شده و جابجایی آنها نیازمند انرژی بسیار زیادی است که برای انجام واکنش های هسته‌ای ضروری است.



خاصیت مولکولها

مولکول‌های یک ماده در حال جنبش و حرکت دایمی هستند. این جنبش مولکول‌ها حرکت براونی نام دارد که برای اولین بار توسط روبرت براون در سال ۱۸۲۱میلادی کشف شده است. وقتی ماده به شکل گاز است مولکول‌ها دارای جنبش بسیار زیاد هستند و فضای بین مولکولها زیاد است. در حالت مایع فضای بین مولکولی کمتر و جنبش مولکول‌ها نیز کمتر است. در حالت جامد مولکول‌ها به صورت منظم چیده شده‌اند و دارای چرخش به دور یک فضای مشخص هستند. دمای یک ماده نشانگر میزان جنبش مولکول‌های آن ماده است.

نیروی واندروالسی نیروی ضعیفی‌ست که عامل جاذبه بین مولکول‌هاست .



ماکرومولکول ها

مولکولهایی که دارای اندازهٔ خیلی بزرگ هستند و حداقل از چندین هزار اتم تشکیل شده‌اند: مثل پروتئین‌ها، اسیدهای نوکلئیک و



کربوهیدراتها

ترکیبات غیر مولکولی

شامل دو دستهٔ بزرگ هستند: ترکیبات فلزی و یونی


فلزات

فلزات از دسته‌ای از اتم‌های مرتبط با هم تشکیل شده که دارای پیوند فلزی باشند.


ترکیبات یونی
ترکیبات یونی مجموعه‌ای از اتم‌های دارای پیوند یونی می‌باشند.



جفت‌الکترون

زوج‌الکترون یا جفت‌الکترون ناپیوندی (به انگلیسی: Electron pair) دو الکترون از یک اوربیتال یکسان با اسپین وارون یکدیگر هستند. این مفهوم در سال ۱۹۱۶ میلادی (۱۲۹۵ خورشیدی) به وسیله گیلبرت لوییس بیان گردید؛ از این‌رو آن‌را جفت لوییس نیز می‌نامند.

برپایه اصل طرد پاولی ، چون الکترون‌ها، فرمیون هستند، تنها می‌توانند با یک عدد کوانتومی همسان، دارای دو عدد اسپینی گوناگون باشند. در نتیجه در یک اوربیتال با عدد کوانتومی یکسان، بی‌تردید دو الکترون با دو اسپین مخالف وجود دارند.




حالت الکترونیکی
یک سیستم در مکانیک کوانتوم توسط مجموعه‌ای از حالتهای ممکن توصیف می شود. حالت الکترونیکی٫ حالت کوانتومی سیستمی است که شامل الکترونها (به صورت اربیتالها یا به صورت پیوندهای شیمیایی در کریستال یا مولکول) است. حالتی که در آن سیستم کمترین انرژی را دارد حالت پایه خوانده می‌شود. انرژی‌های بالاتر حالت برانگیخته خوانده می‌شوند.



ناپیوند

ناپیوند (به انگلیسی: Non-bonding) گونه‌ای پیوند شیمیایی است که در آن اشغال یا عدم اشغال اوربیتال پیوند بوسیله الکترون، تاثیری در رتبه پیوند ندارد.

اوربیتال‌های مولکولی از ترکیب خطی اوربیتال‌های اتمی ساخته می‌شوند. با واکنش دو اتم، اوربیتال‌های یک اتم ممکن است اوربیتالی در اتم دیگر برای ترکیب‌شدن و ایجاد اوربیتال مولکولی نیابند و به همان صورت در مولکول نهایی بمانند. هنگامیکه اوربیتال‌های مولکول ایجاد شده بررسی می‌شوند، این اوربیتال‌‌ها نقشی در پایداری یا عدم پایداری مولکول ندارند و ازینرو به آنها اوربیتال ناپیوند گفته می‌شود. مثلا در HF، یک پیوند سیگما وجود دارد، و اوربیتال‌های اتمی px و py در فلوئور، اوربیتال متناظری برای واکنش در هیدروژن نمی‌یابند و به همانگونه در مولکول HF می‌مانند و دو اوربیتال ناپیوند را در این مولکول بوجود می‌اورند.



تراز انرژی

در مکانیک کوانتوم سیستم یا ذره تنها می‌تواند میزان معینی انرژی دریافت نماید که این موضوع در مکانیک کلاسیک معکوس است. این میزان معین انرژی تراز انرژی نام دارد. تراز انرژی همچنین برای اشاره به الکترون‌های درون انم که در حوضهٔ الکتریکی هستهٔ اتم قرار دارند نیز اشاره می‌شود همچنین این عبارت می‌تواند به معنای تراز انرژی هسته و تراز انرژی لرزشی و چرخشی در مولکول‌ها استفاده شود. بنا به اصل طرد پائولی در یک سیستم با برهمکنش معین هیچ دو الکترونی نمی‌توانند دارای حالت کوانتومی یکسان باشند. پس باید ترازهای انرژی مجزا از اتم‌های منفرد به ترازهای جدید متعلق به هر دو اتم و نه یکی آنها تقسیم شوند.

اگر انرژی پتانسیل در فاصلهٔ بینهایت از هستهٔ اتم یا مولکول صفر باشد، در این حالت الکترون‌های ثابت (به انگلیسی: Bound state) دارای پتانسیل منفی خواهند بود.

اگر بیش از یک حالت کوانتومی کلاسیک انرژی برابر با هم داشته باشند، اصطلاحاً گفته می‌شود که ترازهای انرژی رو به انحطاط گذارده‌اند که منجر به ایجاد چندگانگی می‌شود.

ترازهای انرژی تدریجی حاصل رابطهٔ میان انرژی ذره‌ها و طول موج آنها است. این رابطه نخستین بار در سال ۱۸۰۰ مشاهده شد و توسط نیلس بور دانشمند دانمارکی در سال ۱۹۱۳ ثبت شد و در سال ۱۹۲۶ توسط دو دانشمند آلمانی کامل گشت.



اتم‌ها


سطوح انرژی درونی
تراز انرژی اربیتالی (یون یا اتم به علاوهٔ الکترون و هسته)
با تصور الکترونی که درون اتم هیدروژن به دور هسته می‌چرخد. انرژی این الکترون از تاثیر الکترواستاتیکی الکرون منفی و هستهٔ مثبت به دست می‌آید.



پیوند یونی

پیوند یونی نوعی از پیوند شیمیایی است که برپایه 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 بوجود می‌آورند. هر بلور، به سبب جاذبه‌های منفی ـ مثبت یونها 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.



ماهیت یون

وقتی اتم‌ها به یون تبدیل می‌شوند، خواص آنها شدیدا تغییر می کند. مثلاً مجموعه‌ای از مولکولهای برم قرمز است. اما یونهای برم در رنگ بلور مادهٔ مرکب هیچ دخالتی ندارند. یک قطعه سدیم شامل اتم‌های سدیم نرم است. خواص فلزی دارد و بر آب به شدت اثر می‌کند. اما یونهای سدیم در آب پایدارند.

مجموعه بزرگی از مولکولهای کلر، گازی سمّی به‌رنگ زرد مایل به سبز است، ولی یونهای کلرید مواد مرکب رنگ ایجاد نمی‌کنند و سمّی نیستند. به همین لحاظ است که یونهای 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.



خواص مواد مرکب یونی

رسانایی الکتریکی : رسانایی الکتریکی مواد مرکب یونی مذاب به این علت است که وقتی قطب‌هایی با بار مخالف در این مواد مذاب قرار گیرد و میدان الکتریکی برقرارشود، یونها آزادانه به حرکت در می‌آیند. این حرکت یونها بار یا جریان را از یک‌جا به جای دیگر منتقل می‌کنند. در جسم جامد که یونها بی‌حرکت‌اند و نمی‌توانند آزادانه حرکت کنند، جسم خاصیت رسانای الکتریکی ندارد.

سختی : سختی مواد مرکب یونی به علت پیوند محکم میان یونهای با بار مخالف است. برای پیوندهای قوی انرژی بسیاری لازم است تا یون‌ها از هم جدا شوند و امکان حرکت آزاد حالت مذاب را پیداکنند. انرژی زیاد به معنی نقطه جوش بالا است که خود از ویژگی‌های مواد مرکب یونی است.

شکنندگی : مواد مرکب یونی شکننده‌اند. زیرا که ساختار جامد آنها آرایه منظمی از یونهاست. مثلاً ساختار سدیم کلرید (NaCl) را در نظر بگیرید. هرگاه یک سطح از یونها فقط به فاصله یک یون در هر جهت جابجا شود، یونهایی که بار مشابه دارند درکنار یکدیگر قرار می‌گیرند و یکدیگر را دفع می‌کنند و چون جاذبه‌ای در کار نیست بلور می‌شکند. سدیم کلرید را نمی‌توان با چکش کاری، به ورقه‌های نازک تبدیل کرد. با چنین عملی بلور نمک خرد و از هم پاشیده می‌شود.

عناصرگروه IA (فلزات قلیایی) یعنی Li ، Na ، K ، Rb ، Cs، هر یک به ترتیب یک الکترون بیشتر از گازهای نجیب ، (He ، Kr ، Ne ، Ar ، Xe) دارند. اگر هر یک از این فلزات از هر اتم یک الکترون از دست بدهند، جزء باقیمانده آرایش الکترونی گاز نجیب متناظر خود را پیدا می‌کند. مثلاً ، Li یک الکترون والانس در آرایش حالت پایه دارد. از دست دادن یک الکترون موجب می‌شود که Li ساختار الکترونی He را پیداکند. یک اتم Li که فقط دو الکترون و سه پروتون داشته باشد، بار +۱ خواهد داشت.

یک اتم باردار مانند یا یک گروه از اتم‌های باردار، مانند گروه سولفات را یون می‌گویند.

عناصر گروه IIA (فلزات قلیایی خاکی) هریک دو الکترون والانس دارند. پس برای اینکه mg ، ca ، sr ، ba ساختار گاز نجیب را به دست آورند اتم‌های هرعنصر باید دو الکترون از دست بدهند. از دست رفتن دو الکترون موجب می‌شود که دو پروتون در هسته خنثی نشده بماند. پس هر یون بار +۲ خواهد داشت. برای جدا شدن سومین الکترون لازم است جفت الکترونهای تراز اصلی با انرژی پایین‌تر شکسته شود. این امر انرژی زیادتری می‌خواهد. جداشدن الکترونها از فلزات و تشکیل یونهای مثبت حاصل از آنها را می‌توان به راههای مختلف ترسیم کرد.

پس جدا شدن یک الکترون از یک اتم معین جداشدن الکترونهای بعدی به ترتیب مشکلتر می‌شود. زیرا با از دست رفتن هر الکترون بار مؤثر زیادتری می‌شود و الکترونهای باقیمانده را محکمتر نگاه می‌دارد. بطور خلاصه یونهای مثبت وقتی تشکیل می‌شوند که اتم‌های فلزی یک الکترون (گروهIA) دو الکترون (گروهIIA) و یا سه الکترون (گروهIIIA) به اتم‌های غیر فلزی می‌دهند. یونهای حاصل آرایش الکترونی یکسان با یک گاز نجیب دارند.

عناصر گروه VIIA (هالوژنها) یونهای مثبت در حضور یونهای منفی پایدار می‌شوند. خنثی شدن بار، هر دو نوع یون را پایدار می‌کند. یونهای منفی پایدار، از اتم‌هایی که شش یا هفت الکترون والانس دارند، تولید می‌شوند. اینگونه اتم‌ها آنقدر الکترون بدست می‌آورند تا ساختار گاز نجیب را پیدا کنند. مثلاً اتم‌های عناصر گروه VIIA (هالوژن‌ها) هفت الکترون والانس دارند و هر یک، یک الکترون می‌خواهند تا آرایش الکترونی یک گاز نجیب را پیدا کنند.

اگر اتم‌های F ، Cl ، Br ، I هر یک، یک الکترون بدست آورند، یونهای حاصل یعنی ، ،، به ترتیب آرایش الکترونی را خواهند داشت.

عناص گروه VIA (گروه اکسیژن) اتم عناصر (VIA) برای رسیدن به ساختار الکترونی یک گاز نجیب هریک دو الکترون نیاز دارند. اضافه شدن دو الکترون به هر اتم، سبب تولید می‌شود. روند به دست آوردن الکترون توسط غیرفلزات، مانند از دست دادن الکترون توسط فلزات را می‌توان به راههای متفاوت ترسیم کرد. بطور خلاصه غیرفلزات یک، دو، یا سه الکترون از فلزات می‌گیرند و یون منفی ایجاد می‌کنند.

این یونهای منفی همگی الکترونهای والانس جفت شده و آرایش هشت الکترونی پایدار گازهای نجیب را دارند.

فرمول شیمیایی مواد مرکب یونی فرمول شیمیایی یک ماده مرکب از لحاظ الکتریکی خنثی است. خنثی بودن الکتریکی مستلزم آن است که شمار بارهای مثبت و منفی در بلور ماده مرکب برابر باشند. دو برای هر، سه یون برای دو یون Al^۳+ و الی آخر. در بلور نمک طعام یونهای با جاذبه الکتریکی میان بارهای مخالف، در جای خود نگاه داشته شده‌اند.

علاوه بر این، برای خنثی بودن این ماده مرکب باید نسبت یونهای سدیم به یونهای کلرید ۱ به ۱ باشد. در این صورت ساده‌ترین فرمول آن خواهد بود. در ساختار بلورین هر یون سدیم با هر شش یون کلرید اطراف آن جذب می‌شود. به همین طریق هر یون کلرید با هر شش یون سدیم اطراف آن جذب می‌شود.

در ساختارهای یونی هیچ مولکول تک اتمی وجود ندارد، یعنی هیچ یون خاصی وجود ندارد که منحصرا به یک یون دیگر بپیوندد.



الکترون‌خواهی

در شیمی و فیزیک اتمی میل ترکیبی الکترون (به انگلیسی: Electron affinity) یک اتم یا مولکول به معنای انرژی است که هنگام اضافه شدن یک الکترون به یک اتم یا مولکول خنثی آزاد و تبدیل آن به یک یون منفی (آنیون) ایجاد می‌شود.

(انرژی) X + e− → X− + energy

در فیزیک حالت جامد میل ترکیبی الکترون معنای گوناگونی دارد و به معنای انرژی به دست آمده از حرکت یک الکترون از فضای خلاء در خارج از نیمه هادی به سمت پایین باند هدایت درون نیمه هادی است.



اندازه‌گیری و استفاده‌ها
میل ترکیبی الکترون تنها در حالت گاز ی ماده تعریف شده است. به این دلیل که سطح انرژی مولکول‌ها و اتم‌ها در حالات مایع و جامد به دلیل پیوندها میان اتمی و مولکولی ویژه در این حالات، تحت تاثیر مولکول‌ها و اتم‌های مجاور خویش قرار می‌گیرد. فهرستی از میل ترکیبی الکترون‌ها توسط رابرت اس. مولیکن (به انگلیسی: Robert S. Mulliken) تهیه شد و برای ساخت مقیاس الکترونگاتیوی اتم‌ها به کار گرفته شد. مقیاس الکترونگاتیوی اتم برابر است با میانگین الکترونگاتیوی و انرژی یونش آن اتم. نمونه‌ای دیگر از کاربرد میل ترکیبی الکترون در تئوری اچ‌اس‌ای‌بی (به انگلیسی: HSAB theory) است. نظریه HSAB نیز در پیش‌بینی نتیجه‌های واکنش‌های متاتیزی مفید می‌باشد. به تازگی نشان داده‌شده‌است که حتی حساسیت و عملکرد مواد منفجره را می‌توان بر اساس نظریه HSAB توضیح داد. مولکول یا اتمی که میل ترکیبی الکترون بزرگتر مثبتی داشته باشد گیرندهٔ الکترون است و مولکول یا اتمی که میل ترکیبی الکترون کوچگتر مثبتی داشته باشد دهندهٔ الکترون است، این دو گونه مولکول یا اتم با همدیگر واکنش می‌دهند. بنابراین نافلزات میل ترکیبی الکترون بزرگتر مثبتی نسبت به فلزات دارند.



نیروی پیوستگی

نیروی پیوستگی (به انگلیسی: Cohesive Force) یک ویژگی یا کنشِ مولکول‌های به‌هم‌چسبیدۀ هم‌جور است که باعث کشش متقابل میان آن‌ها می‌گردد. به عبارت ساده‌تر نیروی پیوستگی، نیرویی است که باعث می‌شود یک ماده دارای شکل گردد. برای نمونه نیروی پیوستگی میان مولکول‌های آب باعث می‌شوند تا آب در یک ظرف به صورت یکپارچه به‌نظر برسد.

نیروهای پیوستگی که نوعی نیروی بین‌مولکولی به شمار می‌روند؛ یک ویژگی ذاتی برای هر ماده شیمیایی هستند که از شکل و ساختار مولکول‌ها منتج می‌شوند.

در کنار نیروهای پیوستگی، نیروهای چسبندگی (به انگلیسی: Adhesive Force) قرار دارند که باعث ارتباط میان دو نوع ماده گوناگون هستند. این نیروها نیز نیروهای بین‌مولکولی هستند. 
... page1 - page2 - page3 ...