ساختاراتم-جدول تناوبی-زندگی نامه
مقدمه:
ضمن سلام وخسته نباشیدوتشکر تحقیقی که هم اکنون می خواهید مطالعه فرماییدازبخش های متعددی تشکیل شده آست که عبارت است از:
ساختاراتم-جدول تناوبی-زندگی نامه-شیمی وموضوعات دیگری می باشد و باید اضا فه کنم که این تحقیق هم ازکتاب های مختلف و هم ازپایگاه تحقیقاتی اینترنت می باشد.
این تحقیق در مقطع دبیرستان مورد استفاده ی دانش آموزا ن می باشدو بسیار مفید وجامع است واطلاعات ارزنده وارزشمندی دراختیار افراد قرار
می دهد.این تحقیق ازسایت:
کتاب علم شیمی و
.comwww.sheme
شیمی چیست؟
شیمی مطالعهٔ ساختار، خواص، ترکیبات، و تغییر شکل مواد است. این علم مربوط میشود به عناصر شیمیایی و ترکیبات شیمیایی که شامل اتمها، مولکولها، و هم واکنش میان آنهاست.
تاریخچه:
واژه شیمی خود داستان درازی دارد. ریشه این نام در واژه کیمیاست. خاستگاه واژه کیمیا را برخی از یونانی دانستهاند و چیستی کار کیمیاگری دگرساختن مس به طلا بود. این واژه و داستان دانش شگفت انگیز پشت آن به همراه دانشش به عربی وارد شد و اروپاییان با این واژه و دانش آن از راه عربها آشنا شدند و این دانش را با نام alchemy شناختند. آنگاه آن را در میان خود پروردند تا در سدههای نزدیک به ریخت فرانسه شیمی به زبان ما بازگشت. دانش شیمی به دو گرایش شیمی محض و شیمی کاربردی تقسیم میشود.
نگاه گذرا
تیوری اتمی پایه و اساس علم شیمی است. این تیوری بیان میدارد که تمام مواد از واحدهای بسیار کوچکی به نام اتم تشکیل شدهاند. یکی از اصول و قوانینی که در مطرح شدن شیمی به عنوان یک علم تأثیر بهسزایی داشته، اصل بقای جرم است. این قانون بیان میکند که در طول انجام یک واکنش شیمیایی معمولی، مقدار ماده تغییر نمیکند. امروزه فیزیک مدرن ثابت کرده که در واقع این انرژی است که بدون تغییر میماند و همچنین انرژی و جرم با یکدیگر رابطه دارند.
این مطلب به طور ساده به این معنی است که اگر دههزار اتم داشته باشیم و مقدار زیادی واکنش شیمیایی انجام پذیرد، در پایان ما همچنان بطور دقیق دههزار اتم خواهیم داشت. اگر انرژی از دست رفته یا بهدستآمده را مد نظر قرار دهیم، مقدار جرم نیز تغییر نمیکند. شیمی کنش و واکنش میان اتمها را به تنهایی یا در بیشتر موارد بههمراه دیگر اتمها و بهصورت یون یا مولکول (ترکیب) بررسی میکند.
این اتمها اغلب با اتمهای دیگر واکنشهایی را انجام میدهند. (برای نمونه زمانیکه آتش چوب را میسوزاند واکنشی است بین اتمهای اکسیژن موجود در هوا و اتمهای کربن و هیدروژن درون چوب). گاهی نیز نور بر آنها(واکنش بین اتمها) تأثیر میگذارد(فتوکاتالیست). یک عکس بر اثر دگرگونیهایی که نور بر روی مواد شیمیایی فیلم عکاسی ایجاد میکند شکل میگیرد.
یکی از یافتههای بنیادین و جالب دانش شیمی این بودهاست که اتمها رویهمرفته همیشه به نسبت برابر با یکدیگر ترکیب میشوند. سیلیس دارای ساختمانی است که نسبت اتمهای سیلیسیوم به اکسیژن در آن یک به دو است. امروزه ثابت شدهاست که استثناهایی در زمینهٔ قانون نسبتهای معین وجود داردمواد غیر استوکیومتری.
یکی دیگر از یافتههای کلیدی شیمی این بود که زمانی که یک واکنش شیمیایی مشخص رخ میدهد، مقدار انرژی که بدست میآید یا از دست میرود همواره یکسان است. این امر ما را به مفاهیم مهمی مانند تعادل ، ترمودینامیک میرساند.
شیمی فیزیک بر پایهٔ فیزیک پیشرفته (مدرن) بنا شدهاست. اصولاً میتوان تمام سیستمهای شیمیایی را با استفاده از تیوری مکانیک کوانتوم شرح داد. این تیوری از لحاظ ریاضی پیچیده بوده و عمیقاً شهودی است. به هر حال در عمل و بطور واقعی تنها بررسی سیستمهای سادهٔ شیمیایی قابل بررسی با مفاهیم مکانیکی کوانتوم امکانپذیر است و در اکثر مواقع باید از تقریب استفاده کرد(مانند تیوری کاری دانسیته). بنابراین درک کامل مکانیک کوانتوم برای تمامی مباحث شیمی کاربرد ندارد؛ زیرا نتایج مهم این تیوری (بخصوص اربیتال اتمی) با استفاده از مفاهیم سادهتری قابل درک و بهکارگیری هستند.
با اینکه در بسیاری موارد ممکن است مکانیک کوانتوم نادیده گرفته شود، مفهوم اساسی که پشت آن است، یعنی کوانتومی کردن انرژی، چنین نیست. شیمیدانها برای بکارگیری کلیه روشهای طیف نمایی به آثار و نتایج کوانتوم وابستهاند، هرچند که ممکن است بسیاری از آنها از این امر آگاه نباشند. علم فیزیک هم ممکن است مورد بی توجهی واقع شود، اما به هر حال برآیند نهایی آن مانند رزونانس مغناطیسی هستهای پژوهیده و مطالعه میشود.
یکی دیگر از تیوریهای اصلی فیزیک مدرن که نباید نادیده گرفته شود نظریه نسبیت است. این نظریه که از دیدگاه ریاضی پیچیدهاست، شرح کامل فیزیکی علم شیمی است. خوشبختانه مفاهیم نسبیتی تنها در برخی از محاسبات خیلی دقیق ساختمان هسته، بهویژه در عناصر سنگینتر، کاربرد دارند و در عمل تقریباً با شیمی پیوند ندارند.
بخشهای اصلی دانش شیمی عبارتاند از:
* شیمی تجزیه، که به تعیین ترکیبات مواد و اجزای تشکیل دهنده آنها میپردازد.
* شیمی آلی، که به مطالعهٔ ترکیبات کربندار، غیر از ترکیباتی چون دو اکسید کربن (دی اکسید کربن) میپردازد.
* شیمی معدنی، که به اکثریت عناصری که در شیمی آلی روی آنها تاکید نشده و برخی خواص مولکولها میپردازد.
* شیمی فیزیک، که پایه و اساس کلیهٔ شاخههای دیگر را تشکیل میدهد، و شامل ویژگیهای فیزیکی مواد و ابزار تیوری بررسی آنهاست.
دیگر رشتههای مطالعاتی و شاخههای تخصصی که با شیمی پیوند دارند عبارتاند از: علم مواد، مهندسی شیمی، شیمی بسپار، شیمی محیط زیست و داروسازی.
علم شیمی: 5
شاخهای از علوم تجربی است که از یک سو درباره شناخت خواص ، ساختار و ارتباط بین خواص و ساختار مواد و قوانین مربوط به آنها بحث میکند. از سوی دیگر ، راههای تهیه ، استخراج مواد خالص از منابع طبیعی ، تبدیل مواد به یکدیگر و یا سنتز آنها به روشی که به صرفه مقرون باشد، مورد بحث و بررسی قرار میدهند. این علم با ترکیب و ساختار و نیروهایی که این ساختارها را برپا نگه داشته است، سروکار دارد.
شرح تفصیلی درباره چگونگی واکنشها و سرعت پیشرفت آنها ، شرایط لازم برای فراهم آوردن تغییرات مطلوب و جلوگیری از تغییرات نامطلوب ، تغییرات انرژی که با واکنشهای شیمیایی همراه است، سنتز موادی که در طبیعت صورت میگیرد و آنهایی که مشابه طبیعی ندارند و بالاخره روابط کمی جرمی بین مواد در تغییرات شیمیایی در علم شیمی مورد مطالعه قرار میگیرد.
پیدایش دانش شیمی:
انسان از بدو خلقت که بناچار پیوسته با اشیای محیط زیست خود سرو کار پیدا کرد، با شناخت تدریجی نیازهای زندگی خویش و کسب اطلاعات بیشتری درباره خواص آنها ، آموخت که برای ادامه حیات خود به ناچار باید از آنها استفاده کند. با گذشت زمان دریافت که برای استفاده هر چه بیشتر و بهتر از این مواد ، باید در وضعیت و کیفیت آنها تغییراتی وارد کند. این کار با استفاده از گرما و بویژه کشف آتش بصورت عملی در آمده بود.
آغاز دانش بشری را در واقع میتوان همان آغاز استفاده از آتش دانست. زیرا گرم کردن و پختن مواد و … ، تغییراتی شیمیایی میباشد و این خود نشان دهنده این واقعیت است که شیمی ، علمی است که در ارتباط با اولین و حیاتیترین نیازهای جامعه بشری بوجود آمده و برای برآورده کردن هر چه بیشتر این نیازها که روز به روز تنوع حاصل میکرد، توسعه و تکام یافته است.
از آنجایی که شیمی ، علم تجربی است و بشر اولیه قبل از هر نوع تفکر و نظریه پردازی ساختار و چگونگی پیدایش مواد موجود در محیط زیست خود ، در اندیشه حفظ خود از سرما و آزمایشهای مربوط به گرما ، رفع گرسنگی و احتمالا دفاع از هستی خویش بوده و در راه دسترسی به چگونگی تغییر و تبدیل آنها به منظور استفاده هر چه بهتر و بیشتر از آنها قدم برمیداشت، بر همین اساس بود که بخش شیمی نظری خیلی دیرتر از بخش کاربردی آن آغاز شد و پیشرفت کرد.
سیر تکامی و رشد:
اولین نظریه درباره ساختار مواد ، حدود ۴۰۰ سال قبل از میلاد توسط فلاسفه یونان بیان شد، در صورتی که شاخه کاربردی شیمی چندین هزار سال قبل از میلاد رواج داشت و قابلیت توجیه پیدا کرده بود. به چند مورد اشاره میکنیم.
طلا ، اولین فلزی بود که توسط بشر کشف شد و نقره پس از طلا کشف شد و در زندگی بشر کاربرد پیدا کرد.
مس سومین فلزی بود که کشف شد. سرب ، قلع و جیوه بعد از مس و قبل از آهن کشف شدند.
آهن به علت دشواریهایی که در استخراج آن وجود داشت، دیرتر از فلزات فوق کشف و مورد استفاده قرار گرفت.
ساختن شیشه رنگی (سبز و آبی) و شیشه بیرنگ در مصر و بینالنهرین و در کشورهای مجاور دریای اژه و دریای سیاه و تهیه بطریهای شیشهای در بینالنهرین متداول شد.
کوزهگری ، سفالگری و استفاده از لوحههای سفالی و تهیه لعاب و لعاب دادن ظروف سفالی در مصر و بینالنهرین متداول شد.
تهیه پارچههای نخی ، ابریشمی و پشمی و رنگرزی آنها با رنگهای نیلی ارغوانی و قرمز و … رواج یافت. رنگ قرمز از حشرهای به نام قرمزدانه ، رنگ نیلی از گیاهی بنام ایندیگو و رنگ بنفش از جانور دریایی بدست آمد.
دباغی پوست با استفاده از زاجها ، تهیه الکل ، سرکه ، روغن ، مومیا و استخراج نمک از آب دریا انجام گرفت.
طبقهبندی علم شیمی:
شیمی محض یا شیمی نظری
درباره شناخت خواص و ساختار و ارتباط خواص و ساختار مواد و قوانین مربوط به آنها بحث میکند.
شیمی عملی یا شیمی کاربردی
راههای تهیه ، استخراج مواد خالص از منابع طبیعی ، تبدیل مواد به یکدیگر و یا سنتز آنها را مورد بررسی قرار میدهد.
دامنه علم شیمی:
بدین ترتیب دامنه علم شیمی در زمینههای نظری و عملی فوقالعاده گسترش حاصل کرد و نقشهای حساس را در زندگی انسان به عهده گرفت. بطوری که امروزه میزان برخورداری هر جامعه از تکنولوژی شیمیایی ، معیار قدرت و ثروت و رفاه آن جامعه محسوب شده و بصورت جزیی از فلسفه زندگی در آمده است.
دیمیتری ایوانوویچ مندلیف:
دیمیتری اوانوویچ مندلیف (Mandaliev) ، زیر و رو کننده علم شیمی و فرزند یکی از مدیران مدرسه محلی ، در ۷ فوریه ۱۸۳۴ در شهر توبولسک واقع در روسیه متولد شد.
ورود به دنیای شیمی :
وی در سال ۱۸۶۹ دکتر علوم و استاد شیمی دانشگاه شد و در همین سال ازدواج کرد. در این هنگام ، فقط ۶۳ عنصر از نظر شیمیدانها شناخته شده بود.
قانون تناوبی:
مندلیف در این فکر بود که خواص فیزیکی و شیمیایی عناصر ، تابعی از جرم اتمی آنهاست. بدون قانون تناوبی نه پیش بینی خواص عناصر ناشناخته میسر بود و نه به فقدان یا غیبت برخی از عناصر میشد پی برد. کشف عناصر ، منوط به مشاهده و بررسی بود. بنابراین تنها یاری بخت ، مداومت و یا پیش داوری ، منجر به کشف عناصر جدید میشد.
قانون تناوبی ، راه جدیدی در این زمینه گشود. منظور مندلیف از این جملهها آن بود که در سیر تاریخی شیمیایی ، زمان حدس زدن وجود عناصر و پیشگویی خواص مهمشان فرا رسیده است. جدول تناوبی ، پایه ای برای این کار شد. حتی ساخت این جدول نشان میداد که در چه جاهایی مکان خالی باقی میماند که باید بعدا” اشغال شود.
چینش عناصر در جدول تناوبی:
با آگاهی از خواص عناصر موجود در جوار این مکانهای خالی ، میشد خواص مهم عناصر ناشناس را تخمین زد و چند مشخصه مقداری آنها (جرمهای اتمی، چگالی ، نقطه ذوب ، و نقطه جوش و مانند آنها) را به کمک نتیجه گیریهای منطقی و چند محاسبه ریاضی ساده ، تعیین کرد. این مطالب نیاز به تبحر کافی در شیمی داشت. مندلیف از این تبحر برخوردار بود که با ترکیب آن ، با تلاش علمی و اعتقاد به قانون تناوبی توانست پیشگوهای درخشانی درباره وجود و خواص چندین عنصر جدید را ارایه دهد. بنابراین مطابق با این فکر ، جدولی درست کرد و ۶۳ عنصر شناخته شده را به ترتیب جرم اتمیشان در جدول قرار داد.
تعداد عناصر در سطرهای جدول یکی نبود، مثلاٌ سطر پنجم ۳۲ عنصر داشت، در حالیکه سطر ششم فقط شامل ۶ عنصر بود. ولی عناصری که خواص آنها شبیه هم بود، در این جدول نزدیک هم قرار داشتند و بدین علت مقداری از خانههای خالی ، متعلق به عناصری است که تا آن زمان شاخته نشده بود. وی این نتیجه را در سال ۱۸۶۹ به جامعه شیمی روسیه تقدیم کرد.
میزان استقبال از جدول مندلیف در آن زمان:
جدول مندلیف که پیش بینی وجود ۹۲ عنصر را مینمود، جز “لوتر مایزکه یک سال بعد از مندلیف ، جدولی مشابه با جدول مندلیف انتشار داده بود، طرفداری نداشت.
پیشبینیهای مندلیف در جهان علم:
پیشبینیهای عجیب مندلیف ، زمان درازی به صورت مثلهای موجود در همه کتابهای شیمی در آمده بود و کمتر کتاب شیمی وجود دارد که در آن ، از اکاآلومینیوم و اکابور و اکاسیلیسیم یاد نشده باشد که بعدها پس از کشف به نامهای گالیوم، سکاندیوم و ژرمانیوم نامیده شدند. در میان سه عنصری که مندلیف پیش بینی کرده بود اکاسیلیسیوم بعد از سایرین کشف شد(۱۸۸۷) و کشف آن بیش از کشف دو عنصر دیگر ، مرهون یاری بخت و تصادف مساعد بود.
تایید پیشگوییهای مندلیف:
در واقع ، کشف گالیوم توسط “بوابودران” (۱۸۷۵) مستقیماٌ توسط روشهای طیف سنجیاش بود و جداکردن سکاندیوم توسط “نیلسون” و “کلو” (۱۸۷۹) مربوط به بررسی دقیق خاکهای نادر بود که در آن زمان اوج گرفته بود. اندک اندک همه پیشگوییهای مندلیف تحقق یافتند. آخرین تایید در مورد وزن مخصوص سکاندیوم فلزی بود.
در سال ۱۹۳۷ ، “فیشر” شیمیدان آلمانی ، موق به تهیه سکاندیوم با درجه خلوص ۹۸% شد. وزن مخصوص آن ، ۳ گرم بر سانتیمتر مکعب بود. این دقیقاٌ همان رقمی است که مندلیف پیشبینی کرده بود. در پاییز سال ۱۸۷۹ “انگلس” کتاب جامعی بدست آورد که نویسندگانش “روسکو” و “شورلمر” بودند. در آن کتاب ، برای نخستین بار به پیشگویی آلومینیوم توسط مندلیف و کشفش تحت تاثیر نام گالیوم اشاره شده بود.
در مقاله ای که بعدها انگلس در کتابی هم نقل کرده است، اشاره به مطلب آن کتاب شیمی شده است و نتیجه گرفته است که: « مندلیف با به کار بردن ناخودآگاه قانون تبدیل کمیت به کیفیت هگل ، واقیعت علمی را تحقق بخشید که از نظر تهور ، فقط قابل قیاس با کار “لوریه” در محاسبه مدار سیاره ناشناخته نپتون بوده است.
شهرت جهانی مندلیف:
علاوه بر آنچه گفته شد، با اکتشاف آرگون در سال ۱۸۹۴ و هلیوم و اینکه جدول مندلیف وجود نیون و کریپتون و گزنون را پیشبینی نمود، جدول مندلیف شهرت عجیب و فوقالعاده ای کسب نمود. در آن سالها بود که تمامی آکادمیهای کشورهای جهان (غیر از مملکت خویش) او را به عضویت دعوت نمودند.
مرگ مندلیف:
مندلیف دو دوم فوریه ۱۹۰۷ در ۷۳ سالگی در گذشت. به طوری که میدانیم، از هنگامی که جدول مندلیف بوجود آمد، خانههای خالی آن ، یکی پس از دیگری با کشف عناصر پر میشد و آخرین خانه خالی جدول ، در سال ۱۹۳۸ با کشف آکتنیوم در پاریس پر شد.
تاریخچه ی جدول تناوبی:
حدود پانزده میلیارد سال پیش با انفجار بزرگ (BIG BANG) جهان بوجود آمد. جهانی که در ابتدا بسیار داغ بود (107K) اجازه به هم پیوستن ذرات اتم و ایجاد اتمها را نمی داد اما کم کم اتمهای اولیه که بیشتر شامل هیدروژن (89%) و هلیم (11%) بودند تشکیل شدند که با سرد شدن تدریجی دمای جهان و به هم پیوستن این اتمها به هم و ایجاد سحابی ها و ستاره ها این اتمها در واکنشهای هم جوشی با آزاد کردن مقادیر بسیار زیادی انرژی به عناصر سنگین تر تبدیل شدند.
از چند قرن پیش که کم کم بشر عناصر را شناخت و تعداد عناصر شناسایی شده افزایش یافت نیاز به طبقه بندی آنها احساس گردید به طوری که در ابتدا عناصر را به دو دسته فلزات و نافلزات تقسیم بندی نمودند و بعد بر اساس ترکیباتی که تشکیل می دادند آنها را تقسیم بندی کردند.
اما در سال 1869 دیمیتری مندلیف عناصر (60 عنصر شناخته شده آن روز) را بر اساس جرم اتمی طبقه بندی نمود و مشاهده کرد که عناصر با خصوصیات یکسان در کنار هم قرار گرفتند. او همچنین از روی این جدول توانست وجود بعضی از عناصر را که تا آنروز کشف نشده بود حدس بزند.