جلسه ی هشتم شیمی-ویرایش کلاس آقای هدایی

همیشه بعد یک شکافت هسته ای 3 نوترون خارج نمی شود بلکه ممکن است با توجه به شرایط واکنش، یک تلور و 2 نوترون خارج شود.

در جلسات قبل 3 نوع پرتوی رادیو اکتیویته ذکر شده بود(آلفا، بتا و گاما) که دوتای اولی می توانستند پس از تشعشع، نوع هسته ای که در آن بودند را تغییر دهند. در این جلسه، بیشتر وارد این موضوع می شویم.

تشعشع آلفا:

با تشعشع پرتوی آلفا، 2 پروتون و 2 نوترون  از هسته خارج می شود یعنی 2 تا از عدد اتمی و 4 تا از عدد جرمی کم می شود.

برای مثال اگر یک هسته ی اورانیوم 238 آلفا بتاباند، آن موقع 4 عدد جرمی از دست می دهد و 2 عدد اتمی و تبدیل می شود به توریوم 234 و با 2 بار تابش دیگر، رادیم 226 خواهیم داشت.

تشعشع بتا:

وقتی تشعشع بتا اتفاق می افتد، عدد جرمی و بار ماده تغییر نمی کنند و یکی به عدد اتمی اضافه می شود چون بتا پس از واپاشی نوترون به دست می آید به این شکل که  پس از واپاشی، یک پروتون تولید می شود و از آن جایی که جرم نوترون بیشتر از پروتون است، مقدار جرم باقیمانده به شکل ذراتی شبیه به الکترون از هسته خارج می شود.

در این جا هیچ ربطی به الکترون وجود ندارد ، پروتون یکی زیاد می شود و عدد جرمد تغییری نمی کند چون یکی به پروتون ها اضافه شده و یکی از نوترون ها کم شده و عدد جرمی مجموع این دوتاست.

تمام عناصر سنگین دچار واپاشی می شوند و این واپاشی ها آن قدر ادامه پیدا می کنند تا به عنصر سرب(pb)برسند و سپس پایدار می شوند.

جوش هسته ای برعکس شکاف هسته ای است و در آن چند عنصر را در گرما و فشار زیاد به هم می چسبانیم. این عنصر واپاشی می شود و بعد عناصری سبک تر و انرژی ای به مراتب بیشتر از شکافت ایجاد خواهد شد.

واکنش های هسته ای:الف)واپاشی هسته ای   ب) شکافت هسته ای   ج)جوش هسته ای

واپاشی خود به خود و 2 مورد دیگر با انرژی ای از بیرون اتم اتفاق می افتند مثلا در خورشید 4 هلیم در اثر فشار و گرمای زیاد 1 هیدروژن و مقدار فراوانی انرژی می سازند و 1 دوتریم با یک تریتیم در جوش هسته ای انرژی فراوان به همراه 1 هلیم و 1 نوترون می سازند.

 

جلسه ی هفتم شیمی-ویرایش کلاس آقای هدایی

ما 2 نوع فرآیند هسته ای داریم:الف)شکافت ب)همجوشی

شکافت: فرآیندی که در آن هسته ی ناپایدار برای رسیدن به پایداری مجبور به متلاشی شدن است که در نتیجه ی آن  هسته هایی کوچکتر و پایدارتر نسبت به هسته ی اولیه به دست خواهند آمد هر چند ممکن است هسته های جدید نیز ناپایدار بوده و دچار شکافت هسته ای مجدد شوند.

در شکافت هسته ای چیز های جدیدی مثل پرتو های خیلی خطرناک و پرانرژی هم تولید می شوند.

3 ایزوتوپ اورانیوم(₉₂U):

اورانیوم 235، اورانیوم 234(نوع خیلی کمیاب)، اورانیم 238 (نوع فراوانتر)

هر سه مورد بالا ناپایدارند.

ما برای شکافت به اورانیوم 235 نیاز بیشتری داریم چون با اضافه کردن نوترون(در ادامه توضیح داده می شود) اورانیوم 236 می شود که دارای عدد جرمی زوج است و برای همین و  نوعی که دارد، به شدت ناپایدار است و خوب واپاشی می شود.

ما نوترون را با سرعت کم به سوی اورانیوم می فرستیم تا احتمال این نباشد که هسته ی اورانیوم نوترون را دفع کند .

نوترون+اورانیوم235==>اورانیوم236==>باریم141+کریپتون92+3×نوترون+انرژی فراوان

ما تنها یک اتم اورانیوم را در مقابل بمباران نوترون قرار نمی دهیم بلکه اطراف آن هم اتم های دیگری هستند. این 3 نوترون که آزاد شده اند به هسته های اتم های اطراف هم می خورند و آنها را هم مورد شکافت قرار می دهند پس چند شکافت پیاپی را با یک نوترون انجام می دهیم و این عمل شکافت زنجیره ای نام دارد. شکل زیر شکافت زنجیره ای را نشان می دهد:

طی این روند انرژی خیلی فراوانی حاصل می شود که در چیز های مختلفی مثل تحقیقات آزمایشگاهی و بمب های هسته ای در صنایع نظامی کاربرد دارد.

جلسه ی ششم شیمی

به دلیل خطی نبودن نمودار واپاشی ها نمی توان با نسبت و تناسب مقدار را پیش بینی کرد

برای محاسبه ی واپاشی ها از روابط زیر استفاده می کنیم:

M=جرم مقدار اولیه

m=جرم باقی مانده

n=تعداد نیم عمر سپری شده

==> نیم عمر÷کل زمان سپری شده=n

==> m=M÷2ⁿ

==> m÷M=1÷2ⁿ

==> M÷m=2ⁿ

واپاشی شیمی

سیب زمینی دارای خاصیت رادیواکتیویته ی فراوانی است.

جهان با واپاشیهای مختلف به سوی پایداری می رود.

 

واپاشی(decay)

اگر ایزوتوپی دارای شرایط زیر باشد، ناپایدار می شود:

84<تعداد n    یا     2.5<عدد اتمی÷عدد جرمی       یا       1.5<تعداد p÷تعداد n

اتم ناپایدار ==> واپاشی ==> اتم پایدار

واپاشی ها:

1.واپاشی آلفا: در این واپاشی از هسته ی اتم اشعه ی آلفا خارج می شود.

مثال:

U²³⁸₉₂ ==> He⁴₂+th²³⁴₉₀+2×اشعه ی گاما

2.واپاشی بتا: در این واپاشی در هسته ی اتم یک n به یک p و یک e مبدل می گردد. (n==>p+e)

مثال:

T²³⁴₉₀ ==> e⁰_-1+pa²³⁴₉₁

نیم عمر(نیمه عمر): مدت زمانی است که یک مقدار مشخص از ماده ی رادیواکتیو پس از آن زمان نصف مقدار اولیه ی خود می شود.

مثال:

Bi²¹⁴ دارای نیمه عمر 20 دقیقه است.

==> 100g از Bi²¹⁴  پس از مدت زمان 20 دقیقه به 50g از  Po^214₄₃ 49.99999999+ Bi²¹⁴  تبدیل می شود.

مقدار گرم برای اندازه گیری های اتمی خیلی بزرگ است و برای محاسبات هم سخت برای همین، دانشمندان واحد amu یا دالتون(DA)را برای این اندازه گیری ها برگزیدند که برابر با 1/12 جرم کربن 12 است.

a.m.u=atomic mass unit

ایزوتوپ های کربن:;کربن 12و13و14 که عدد جرمی این ها 6 است.

درصدفراوانی کربن:12->98.88 ، 13->1.11 ، 14->0.01

کربن 14 دارای نیمه عمر 5500 روز است و از آن در یافتن طول عمر اشیای قدیمی استفاده ی زیادی می شود.

جلسه ی چهارم شیمی

عنصر ==> A^{عدد  جرمی n+p}  و عنصر ==> A_{عدد اتمی p}

مثال:

C¹²₆ ==> در حالت خنثی ==> p=6,n=6,e=6

ایزوتوپ های مختلف یک عنصر از نظر تعداد پروتون ها یکی و از نظر تعداد نوترون ها متفاوتند.

یون:اتم های یک عنصر که در تعداد الکترون ها با هم متفاوت باشند.

*نکته:نوع اتم تنها با تعداد پروتون های آن معلوم می شود و ربطی به قسمت های دیگر اتم ندارد.

عدد اتمی حکم شماره ی شناسنامه ی یک اتم را دارد، پس هیچ دو اتم یک نامی نیستند که عدد اتمیشان یکسان نباشد.

C₆ سه ایزوتوپ یا هم مکان دارد(هم نامند ولی تعداد نوترون هایشان یکسان نیست.):

==> C¹²₆ ==> n=6

==> C¹³₆ ==> n=7

==> C¹⁴₆ ==> n=8

ایزوتوپ ها دارای خواص فیزیکی متفاوت و خواص شیمیایی یکسان هستند.

عدد جرمی (n+p) همیشه عدد صحیح است، اما جرم اتمی تجربی است، و با واحد amu اندازه گیری می شود.

جرم اتمی میانگین= 100÷(عدد جرمی ایزوتوپ1×درصد ایزوتوپ1+عدد جرمی ایزوتوپ2×درصد ایزوتوپ2+عدد جرمی ایزوتوپ3×درصد ایزوتوپ3+....)

*نکته: مدل امروزی اتم معروف است به ابری-الکترونی که به مانند مدل بور است ولی حرکت الکترون ها به مانند ابر است.

*به تغییراتی که روی هسته ی اتم بوجود می آورند، شیمی هسته ای یا فیزیک هسته ای می گویند.

eها مهمند چون عامل واکنش های شیمیایی هستند.

اتم سه حالت دارد:

1. p>e ==> یون+

2. p=e ==> خنثی

3. p<e ==> یون-

جلسه ی دوم شیمی

رادیو اکتیویته: هانری بکرل: برخی اتم ها مجموعه ای ناپایدار از ذرات بنیادی هستند که به صورت خود به خود از خود اشعه هایی منتشر می کنند و در نتیجه ماهیت شیمیایی آنان تغییر می کند.

هانری بکرل روی فسفرسانس(ساعت های شب نما) و فلورسانس(ماده ی مهتابی) کار کرد.

وی برای اولین بار پرتوزایی برخی مواد را مشاهده می کند.

آزمایش:

ارنست رادرفورد: 3 اشعه که اتم ها پخش می کنند:

آلفا ==>         ==> + ==>  2n+2p

آلفا یون هلیم 2 بار مثبت است->⁺He²

این اشعه در برخورد با مواد تبدیل به هلیم می شود.

سرعت: حدود 16000 کیلومتر در ثانیه و حدود 5% سرعت نور

بتا ==>==> - ==> e

از جنس الکترون است ولی الکترون نیست و با آن کمی تفاوت دارد.

این اشعه در برخورد با مواد تبدیل به الکترون می شود.

سرعت: حدود 130000 کیلومتر بر ثانیه و حدود 40%سرعت نور

موج گاما ==>==>موج ==> خنثی

جرمش خیلی کم است.

سرعت: برابر سرعت نور

*نکته: هرچه سرعت جسم بالا رود، جرمش کم و انرژیش بیشتر می شود و از  ماده به سمت انرژی می رود.

مقایسه ی نفوذپذیری:

>>    

*تنها دو ماده در برابر پرتوی گاما نفوذ پزیر نیستند:

1.دیوار سرب+بتن

2.آب

 

موارد مؤثر بر نفوذپذیری یک پرتو:

1.فاصله ی منبع پرتو تا مانع

2.میزان انرژی پرتو

3. میزان ضخامت مانع

 

آزمایش ارنست رادرفورد:

رادرفورد نتیجه گرفت که بار مثبت درون اتم بصورت متمرکز و فشرده و در جایی به نام وسط اتم که هسته نام دارد، قرار دارد و بیشتر فضای اتم خالی است.

جلسه ی سوم شیمی

نیلز بور: اگر الکترون دور هسته بچرخد نیروی گریز از مرکز مانع چسبیدن الکترون به مرکز هسته می شود.

مدل بور:رادرفورد حرکت الکترون ها در اطراف هسته را کاملا تصادفی می دانست اما اشکال مهم این نظریه احتمال سقوط الکترون ها بر روی هسته ی اتم بود. در واقع در صورت نزدیک شدن الکترون به هسته، امکان جذب آن توسط هسته وجود دارد.

نیلز بور بیان کرد: اگر الکترون ها در مدار مشخصی به دور هسته بچرخند، نیروی گریز از مرکز بوجود آمده توسط این چرخش مانع جذب الکترون به هسته می شود.

عدد اتمی=تعداد پروتون های اتم

آزمایش چادویک:

چادویک تعداد پروتون ها و جرم اتم های هیدروژن و هلیوم را اندازه گیری کرد.

     

He	H
2	1	P
4	1	جرم

                

چادویک با توجه به اندازه گیری اش گفت، با توجه به این که جرم الکترون 1/2000 جرم پروتون است پس نباید نسبت تعداد پروتون ها و جرم اتم دو ماده این قدر متفاوت باشد.

پس نتیجه گرفت یک ذره ی سومی وجود دارد.

نام این ذره را نوترون گذاشت که جرمش حدودا هم وزن جرم پروتون است. او گفت این پروتون ها به پایدار بودن اتم کمک می کنند. (مانع دفع پروتون ها از هم می شوند)

جلسه ی اول شیمی

خط زمان وقایع مهمی که در تاریخ شیمی اتفاق افتاده است:

دالتون 4 نتیجه گیری مهم داشت:

1.دنیا از اتم های عناصر محدود ساخته شده است (اتم نه بوجود می آید و نه از بین می رود.)

2.در تغییرات شیمیایی مواد اتم های عناصر جابجا می شود

3.اتم های یک عنصر شبیه هم هستند و اتم عناصر مختلف از نظر جرم و اندازه با هم فرق دارند.

4.در مواد مرکب اتم عناصر با نسبت معین با هم ترکیب می شوند.

آزمایشی که پیشرفت بزرگی برای علم بود:

دانشمندان 3 تغییر در این آزمایش بوجود آوردند و نتایج را بررسی کردند.

1.جایگزین کردن گازهای مختلف جای هوا ==> رنگ پرتو عوض شد

2.جنس الکترودها را عوض کردند ==> هیچ تغییری

3.قرار دادن در میدان مغناطیس ==> انحراف مسیر

ج.ج تامسون پیرو نظریه ی دالتون نتایج زیر را گرفت:

1.اتم از ذره هایی با بار منفی تشکیل شده است، که جرم اتم ناشی از آن ذرات است.

2.بار مثبت درون اتم بصورت ابر بدون جرم است.