تبلیغات
تجارب آموزشی - نظریه اتمی دالتون ورد آن

تاریخ:پنجشنبه 4 آبان 1391-06:04 ق.ظ

نظریه اتمی دالتون ورد آن


 

بر اساس فرضیه Democritus و دیگر دانشمندان یونانی، تا سال 1803 چنین عقیده ای رایج بود كه هر ماده پس از تقسیم شدن پی در پی، بالاخره به اتم می رسد كه غیر قابل تقسیم شدن است .در این سال دالتون نظریه كاملتری را به شرح زیر ارائه نمود :

1- هر عنصر از ذرات بسیار ریز به نام اتم درست شده كه تقسیم ناپذیر است.

2- جرم و تعداد اتم های موجود در یك عنصر با هم یكسان هستند ولی اتم های یك عنصربا عنصر دیگر تفاوت دارد.

3- در واكنشهای 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.

4- یك ماده مركب، از پیوستن اتمهای دو یا چند عنصربوجود می آید و در چنین ماده ای تعدادونوع اتمها همواره ثابت است.

موارد ماندگار از نظریة دالتون

قانون بقای جرم، قانون نسبتهای معین، قانون نسبتهای چند برابر.



موارد رد نظریه دالتون

1- اتم قابل تجربه است [انتشارسه نوع اشعه ازموادرادیواكتیونشان می دهدكه اتم را میتوان به ذرات الكترون وپروتون ونوترون تجزیه كرد].





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



موارد نقص نظریه دالتون

در نظریه دالتون از ظرفیت، خاصیت الكتریكی 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 كل اتم هایی كه وارد واكنش می گردند با جرم كل محصولات واكنش برابر خواهد بود . این قانون با اصل سوم دالتون همخوانی دارد.

قانون نسبت های معین پروست Law of constant composition

عناصر سازندة یك ماده مركب خالص معین از لحاظ تعداد و جرم اتم های شركت كننده در آن، دارای نسبتی هستند كه همواره ثابت است. مثلاً چنانچه آب را به هر مقدار و به هر روش تجزیه كنیم در همه حال وزن اكسیژن 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 مطروحة خود قانون "نسبت های چندبرابر" را نیز استنتاج نمود به این ترتیب كه: اگر جرم ثابتی از عنصر A با جرم های متفاوتی از B تركیب شود. نسبت جرم های متعدد Bبا یكدیگر اعدادی صحیح، ساده و كوچك است. مثلاً دو گرم هیدروژن با 16 گرم اكسیژن تولید آب و با 32 گرم اكسیژن پرهیدرول [اكسیژن پراكساید] را می نماید كه نسبت 32 به 16 یعنی 2، عددی است صحیح و ساده و یا در N2O5 , N2O4 , N2O3 , NO, N2O جرمهای اكسیژن به ترتیب 64، 48، 32، 16و 80 است كه نسبتهای آنها به یكدیگر 2 = ، =3 و.......... میباشد.



اتم قابل تجزیه است

اثبات وجود الكترون



1- ماهیت الكتریكی ماده

تا اواخر قرن 19 میلادی، آزمایش های زیادی برای نشان دادن ماهیت الكتریكی ماده صورت می گرفت مثلاً Davy باتجزیة مواد مركب Na Cl].......] توسط الكتریسیته به این نتیجه رسید كه هر مولكول از تعدادی اتم تشكیل شده كه در اثر جاذبه الكترواستاتیكی موجود بین بارهای الكتریكی غیر همنام به هم پیوسته اند ضمناً بارها وقتی پیدا می شوند كه دو جسم مستعد به هم نزدیك گردند. Berzelius اعتقاد داشت كه بارهای الكتریكی از پیش در اتم ها وجود دارند. Farady رابطه بین مقدار الكترسیته مصرفی و مقدار ماده مركب تجزیه شده را بررسی كرد.بر مبنای كار فاراده، Stoney پیشنهاد كرد كه واحدهای بار دار الكتریكی با اتم ها ارتباط دارند و آنها را الكترون نامید. بعدها پرتو كاتدی كشف شد و آزمایش ها نشان داد كه این پرتو از ذراتی با بار منفی كه حركت سریع دارند تشكیل شده است. این ذرات همان طوری كه اٍستونی پیشنهاد كرده بود الكترون نامیده شد.





2-آزمایش های پرتو كاتدی

كروكس و تامسون با استفاده از الكتریسیته بر روی اتم (الكترون) مطالعات بسیار ارزنده داشتند.

1-2- آزمایش Crookes

كروكس در دو انتهای یك لوله شیشه ای مسدود، دو صفحه فلزی كه به آن الكترود می گویند قرار داد سپس هر صفحه را به یك قطب از یك منبع با ولتاژ بالا وصل نمود. چون هوای داخل لوله شیشه ای با فشار معمولی پُر شده بود به علت تراكم مولكول های هوا، قاعدتاً هیچگونه جریان الكتریكی نمی توانست واقع شود.

لكن به محض اینكه پمپ تخلیه فشار داخل لوله به 10mmHg كاهش یافت، با كم شدن تراكم مولكول های هوا و باز شدن فضای داخل لوله، جریان الكتریسیته از طرف صفحه كاتد (بارمنفی) به طرف صفحه آند (بارمثبت) بر قرار گردید و فضای لوله روشن شد. به این پرتو كه از كاتد سرچشمه می گیرد پرتو كاتدی می گویند. كروكس با نزدیك كردن یك آهن ربا به لوله شیشه ای و منحرف شدن اشعه از مسیر مستقیم خود نتیجه گرفت كه پرتو كاتدی از ذراتی ساخته شده كه دارای بار الكتریكی هستند.

2-2- آزمایش تامسون Thamson

تامسون دوصفحه ای كه هریك به قطبی ازیك منبع باولتاژ پائین وصل شده بود به لوله شیشه ای آزمایش كروكس نزدیك كرد و مشاهده نمود كه مسیر مستقیم پرتو به طرف صفحه با بار مثبت منحرف می شود و نتیجه گرفت كه بارالكتریكی ذرات تشكیل دهنده پرتو كاتدی منفی است و همانطوری كه Stoney پیشنهاد كرده بود آن را الكترون نامید. اگر چه تامسون نمی توانست جرم و اندازه بار الكترون را اندازه بگیرد لكن از طریق میزان انحراف مسیر پرتو كاتدی در یك میدان مغناطیسی با قدرت مشخص توانست نسبت بار الكتریكی (e) را به جرم الكترون (m) به دست آورد. این نسبت كه به آنelm می گویند برابر است:

[علامت منفی نشان دهندة منفی بودن بار الكترون است]. دانستن این نسبت و قادر نبودن به اندازه گیری جرم الكترون مشابه این مطلب است كه اگر نتوانیم جرم یك سیب و یا هسته آن را اندازه بگیریم لكن می توانیم بگوئیم كه جرم سیب مثلا ًهزار برابر هسته آن است. تامسون همچنین نشان داد كه پرتو كاتدی به جنس فلز كاتد بستگی ندارد.





3-2- بار الكترون – آزمایش میلیكان (Millikan)

میلیكان توانست مقدار مطلق بار الكتریكی الكترون را با انجام آزمایش زیر به دست آورد: جعبه ای فراهم كرد كه در داخل آن دو جوشن یك خازن قرار داشت. در صفحه بالایی كه دارای بار مثبت بود یك منفذ با دریچه تعبیه نمود. ابتدا به وسیله افشانه روغنی را در محفظة بالای جعبه پاشید، بعد با تاباندن اشعه X به مولكول های هوا، الكترون های آنها را جدا كرد. وقتی یك قطره از روغن از منفذ فوق عبور نمود، دریچه آن را بست. ذره روغن تحت تأثیر نیروی جاذبه به طرف پائین سقوط كرد ولی چون با جذب الكترون 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. میلیكان پس از حدود هزار بار آزمایش نتیجه گرفت كه با وجود آنكه بار قطرات مختلف با هم فرق داشت لكن بار الكتریكی هر قطره همواره مضرب صحیحی از عدد كوچك -1.6 . 10-19 كولمب بود. این مقدار به عنوان بارالكتریكی الكترون انتخاب شد. با توجه به اینكه تامسون مقدار را محاسبه كرده بود میلیكان پس از محاسبه (e) جرم الكترون را نیز به دست آورد كه برابر بود با9.1 . 10-28 گرم.





نتایج آزمایش پرتو كاتدی

1- پرتو كاتدی یك موج نیست بلكه عبارتست از ذراتی كه دارای جرم و بار منفی است و به آن الكترون می گویند.

2- مسیر پرتو كاتدی مستقیم است.

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

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

5- درجه این انحراف با بار ذره (e) نسبت مستقیم و با جرم ذره ( m ) نسبت معكوس دارد. پس نسبت بار به جرم ( ) معین كننده میزان انحراف الكترون ها از مسیر مستقیم در میدان الكتریكی است. به عنوان مثال بین 39K+ , 23Na+ درجه انحراف Na بیشتر است [زیرا جرم كمتری دارد] و بین 40Ca+ , 40Ca++ درجه انحراف40Ca++ بیشتر می باشد [زیرا بار بیشتری دارد]. به طوركلی هر چقدر نسبت ( ) بیشتر باشد انحراف بیشتر خواهد بود مثلاً بین :

[ = = ] ++ و [ = = ] +++ و [ = = ]++ درجه انحراف عبارتست از He2+ > Al3+> Ca2+

6- الكترون ها در میدان مغناطیسی نیز منحرف می شوند ولی در اینجا انحراف عمود بر میدان است.



اثبات وجود پروتون

گلداشتاین (Goldstein) صفحه كاتدی لولة شیشه ای آزمایش كروكس را به صورت سوراخ دار درست كرد و در این شكل جدید آزمایش كروكس را تكرار نمود. در این حالت او نه تنها جریان الكترون ها را از طرف كاتد به آند دید بلكه پرتوهای مثبت را نیز در ناحیه پشت كاتد مشاهده كرد. امروزه می دانیم كه اگر از یك اتم خنثی [تعداد بار مثبت و منفی برابر]، چند الكترون جدا شود، باقیمانده اتم به همان اندازه بار مثبت پیدا می كند. به این ترتیب وقتی در آزمایش وی پرتو كاتدی در مسیر حركتش بطرف آند تعدادی الكترون را از اتم های گاز موجود در لوله جدا نمود. معادل این تعداد الكترون، ذرات با بار مثبت (پروتون) به طرف كاتد جریان پیدا كرد.چون بار الكتریكی پروتون مثبت است به این جریان، پرتو مثبت می گویند. انواع گازها، انواع متفاوتی از پروتون را ایجاد می كنند. جرم پروتون حاصل از گاز هیدروژن از هر یون مثبت دیگری كمتر است و جرم پروتون 1836 برابر جرم الكترون می باشد.


نوع مطلب : شیمی