فصل اول

ماده و ويژگي هاي آن

آنچه در اطراف ما وجود دارد را ماده مي ناميم. هوا، چوب، سنگ، مدادي كه با آن مي نويسيد و حتي غذا و آبي كه مي خوريد ماده هستند.
علمي كه به مواد و تغييرات آنها مي پردازد را علم شيمي يا علم مواد مي نامند.
در ارتباط با ماده و ساختار آن از زمانهاي گذشته تا كنون دانشمندان زيادي تحقيق و بررسي كرده اند كه از آن جمله مي توان دموكريت و دالتون را كه در كتاب درسي شما هم آورده شده نام برد.

دموكريت كه بود؟

دموكريت (Democrite) يا ذيمقراطيس (470- 357 ق . م) دانشمند يوناني است كه بخشي از زندگي خويش را در سير و سياحت در مصر گذرانيد. كتابي به نام دياكوسموس به دموكريت منسوب است كه در آن نظراتش را درباره ي ساختار ماده توضيح داده است. نظرات او به طور كلي بر شالوده ي متافيزيكي مسأله ذره گرايي استوار است. او هيچ گونه اشاره اي به چگونگي تركيب مواد گوناگون ندارد. مفهوم تركيب در آن زمان به معناي تبديل بود يعني تنها وجه كيفي مسأله مورد توجه بود و اين همان نكته اي است كه در دوره ي كيمياگري نيز مورد توجه بسيار قرار گرفته است.

از نظر دموكريت : اتم ها همانندند، تقسيم ناپذيرند و فشرده نمي شوند، آغاز و پايان ندارند. او براي تفاوت خواص ماده از اندازه، شكل و وزن اتم ها سخن مي گويد و تفاوت خواص را به شكل اتم ها نسبت مي دهد، به طور مثال مواد ترش اتم هاي لوزي شكل دارند.

 دالتون كه بود؟

جان دالتون( John, Dalton) (1766-1844)– در خانواده اي تهيدست در انگلستان زاده شده. هيچ مقام دانشگاهي نداشت اما از سال 1799 به سخنراني هاي خصوصي پرداخت. وي در منچستر در گذشت. كشف پديده ي كور رنگي را به او نسبت مي دهند به همين دليل اين پديده دالتونيسم گفته مي شود.

دالتون نظريه اتمي خود را در سال هاي 1803 تا 1808 بر اساس مشاهدات تجربي و قانون مندي واكنش هاي شيميايي ارائه داد و همين تفاوت وي با ديگر نظريه پردازان اتمي است كه وي را در شمار دانشمندان بزرگ شيمي قرار مي دهند.

دموكريت سخن مي گويد :

 در حدود 400 سال پيش از ميلاد، دموكريت عقيده خود را درباره ي ساختار ماده بيان كرد، اما بيشتر مردم به آن معتقد نبودند.

نظريه دموكريت:

دموكريت متفاوت بودن شكل اتمها را بر اساس مشاهده خواص ظاهري آنها حدس زد،

مثلاً با چشيدن مواد ترش و تند كه باعث سوزش لب و زبان مي شدند تصور مي كرد كه اتمهاي اين مواد لبه هاي تيز و برنده(لوزي شكل) دارند و با مشاهده قطره هاي آب آنها را كروي فرض كرد.

نظريه جان دالتون:

سوال: آيا نتايج نظريه دالتون امروزه مورد قبولند.

براي پاسخ به اين سؤال يك بار برخي از نتايج نظريه دالتون را از نظر مي گذرانيم:
- دالتون عقيده داشت كه اتمهاي يك عنصر كاملاً شبيه هم هستند اما امروزه مشخص شده كه ممكن است اينطور نباشد مثلاً دو نوع كلر، سه نوع هيدروژن، سه نوع اكسيژن و ... وجود دارد كه از نظر جر م و برخي خواص ديگر با هم فرق دارند اين عناصر را اصطلاحاً (ايزوتوپ) مي گويند.
- دالتون مي گفت كه اتمهاي يك عنصر را نمي توان شكست و به اتمهاي ديگر تبديل كرد اما امروزه اتمي مانند اورانيوم را در مراكز هسته اي مي شكنند و به اتمهاي باريم و كريپتون تبديل مي كنند.
- دالتون معتقد بود كه اتمها را نمي توان بوجود آورد اما امروزه برخي اتمها از جمله تكنسيم را در آزمايشگاه مي سازند و يا در همجوشي هسته اي از 4 اتم هيدروژن يك اتم هليم پديد مي آورند.
- دالتون اتم را گوي توپر و ساچمه مانند تصور مي كرد اما امروزه عقيده براين است كه داخل اتم فضاي خالي وجود دارد و الكترونها در اين فضا حركت مي كنند

اندازه اتم و مولكول

اندازه ي اتم هر چيزي كه اطراف شما قرار دارد از ذرات يا اجزاي بسيار كوچكي تشكيل شده است. بدن شما  همچنين ميز ، صندلي و اين صفحه همه از ذراتي كوچك كه اتم مي ناميم به وجود آمده اند. اتم ها به قدري كوچكند كه تصوير برداشتن از آن ها غير منطقي مي نمايد.در عين حال امروز دستگاهي وجود دارد كه  مي تواند از گروهي از اين ذرات عكس برداري كند.اين دستگاه ميكروسكوپ Scanning electron ناميده مي شود.در زير چند تصوير كه با اين دستگاه برداشته شده است مشاهده مي شود. 1-يك سكه ي يك پني از حدود 000 000 000 000 000 000 000 34 ذره تشكيل شده است. 2-يك قطره آب در حدود 000 000 000 000 000 000 000 1 ذره را شامل مي شود. 3-وقتي نفس عميقي مي كشيد در حدود  000 000 000 000 000 000 000 40 ذره ي هوا را  بداخل شش هاي خود هدايت ميكنيد. 4-اين تصويري از سوزن است. 5-در اين تصوير چشم سوزن(محل عبور نخ از سوزن) 130 مرتبه بزرگ شده است. 6-قسمتي از چشم 000 60 مرتبه بزرگ شده است.در اين تصوير مجموعه اي از ذرات تشكيل دهنده ديده مي شوند. هر چند ميكروسكوپ هاي اسكنينگ الكترون بسيار قوي هستند اما هنوز به اندازه اي قدرت ندارند كه از يك ذره تصوير تهيه كنند.

از اتصال دو يا چند اتم مولكول بوجود مي آيد. اتم و مولكول بسيار كوچكند براي آنكه تصور روشني از اندازه آنها داشته باشيد به مثال زير توجه كنيد.

فعاليت:

يك قطره عطررا با احتياط درون يك بادكنك بچكانيد.
سپس بادكنك را درون ليوان تميزي قرار داده بادكنك را باد كنيد و در آن را محكم ببنديد پس از چند لحظه بادكنك را از درون ليوان خارج كرده ، بي درنگ ليوان را بو كنيد، ليوان بوي عطر خواهد داد يعني مولكول هاي عطر آنقدر كوچكند كه از ديواره بادكنك عبور كرده اند.

اتم و مولكول مي دانيم مواد از ذرات كوچكتري به نام مولكول بوجود آمده اند. مولكول ها ابعاد و شكل هاي متفاوتي دارند. بعضي مولكول ها بزرگترند ، مثل مولكول گلوكز  و بعضي كوچكترند مثل مولكول هيدروژن. خواص هر ماده وابسته به مولكول هاي آن ماده است. در واقع چگونگي قرار گرفتن مولكول ها، اندازه و حجم و جرم و ساير خصوصيات مولكولهاست كه خاصيت ماده را تعيين مي كند. اما خود مولكولها از به هم پيوستن ذرات كوچكتري به نام اتم بوجود آمده اند. در تشكيل يك مولكول ممكن است اتم هاي يكسان يا متفاوت شركت داشته باشند مثلاّ مولكول آب از اتم هاي متفاوت هيدروژن و اكسيژن و مولكول اكسيژن از اتم هاي يكسان اكسيژن (دو اتم اكسيژن) بوجود آمده است. مولكولهايي كه از اتم هاتي متفاوت بوجود آمده اند در دسته ي تركيب ها و مولكولهايي كه از اتم هاي يكسان بوجود آمده اند در دسته عناصر قرار مي گيرند.

 

تركيب ها مثل كلمه ها

ويژگي هاي ماده
1- همه مواد از ذرات ريزي به نام اتم ساخته شده اند . عليرغم تصورات دموكريت و دالتون كه اتم را تجزيه ناپذير مي دانستند، اتم از ذرات كوچكتر الكترون، پروتون و نوترون تشكيل شده است .
2- بين ذرات تشكيل دهنده ماده فضايي خالي وجود دارد . مقدار فضاي خالي در مواد مختلف متفاوت است.

 

گاز،جامد،مايع گاز * گاز از ذراتي تشكيل شده كه جداي از هم آزادانه حركت مي كند. * گاز به راحتي فشرده مي شود، بسيار آسان جريان مي يابد، حجم معين و شكل معيني ندارد. * تراكم ذرات گاز از مايع كمتر است(چگالي حالت گاز يك ماده از حالت مايع آن كمتر است). جامد * جامد از ذراتي تشكيل شده كه به شدت يك ديگر را مي ربايند و كنار هم قرار دارند. * جامد فشرده نمي شود، جريان نمي يابد و شكل و حجم معين دارد. * تراكم ذرات جامد زياد است (چگالي حالت جامد يك ماده، بيشتر از ديگر حالت هاي همان ماده است.) مايع * مايع از ذراتي كه نزديك هم قرار دارند و روي هم سر مي خورد تشكيل شده است. * مايع فشرده نمي شود، به آساني جريان مي يابد، حجم معين دارد اما شكل معين ندارد. * هر چند مولكول هاي مايع متراكم هستند اما چگالي آن كمتر از جامد است. * تراكم ذرات مايع بيشتر از ذرات گاز و كمتر از ذرات جامد است.

وقتي ذره هاي بسيار كوچك تشكيل دهنده ي ماده اتم ها و يا مولكول ها كنار هم قرا مي گيرند چه ويژگي هاي پديد مي آيد؟ هر يك از اين ذرات بسيار كوچك به تنهايي چه ويژگي هايي دارند؟

 

- در گازها فضاي خالي بين مولكولها زياد است. هنگامي كه با تلمبه به درون يك توپ پر از هوا، هواي بيشتري وارد مي كنيد فاصله بين مولكول ها كمتر مي شود به همين علت مي گوييم گازها تراكم پذيرند.
- بين مولكول هاي مايعات هم فضاي خالي وجود دارد اما فضاي خالي بين مولكول ها نسبت به گازها كمتر است. هنگامي كه نمك را به آرامي درون يك ليوان پر از آب مي ريزيم حجم آب ليوان تغيير چنداني نمي كند يعني نمك در فضاي خالي بين مولكول هاي آب قرار مي گيرد.

سؤال : اگر 20 سي سي الكل را با 20 سي سي آب مخلوط كنيم حجم مخلوط حاصل چقدر خواهد شد؟ چرا؟

- در بين مولكول هاي جامدات فضاي خالي از دو حالت ديگر كمتر است. گفته مي شود هنگامي كه يك قاشق برنجي را آب نقره مي دهند مقداري از نقره در فضاي خالي بين مولكول هاي برنج نفوذ ميكند.

 بطور كلي :

يعني:

3- مولكول ها دائما در حال حركتند.
جنبش و حركت مولكول ها ي ماده نيز همانند فاصله بين آنها در حالت هاي مختلف ماده با هم متفاوت است و با آن نسبت مستقيم داد يعني هر چه فاصله بين مولكول ها بيشتر باشد جنبش مولكول ها بيشتر است البته در اين مورد استثنا هم وجود دارد.

هنگامي كه در يك شيشه عطر را باز مي كنيد و يا پيازي را مي بريد بوي عطر و پياز در زمان كوتاه احساس مي شود.

هنگامي كه  قطره اي جوهر در آب رها مي كنيد جوهر در آب پخش مي شود حبه قند هم به همين طريق در آب ناپديد مي شود. همه اين موارد حكايت از جنبش و حركت مولكول ها دارند البته گرما حركت مولكول ها را افزايش مي دهد.

 

الگوريتم تعيين ماده ي جامد

الگوريتم تعيين مايع

 

الگوريتم تعيين گاز

 

ذرات كوچك تر (سبك تر)سريع تر حركت مي كنند

بطور كلي:

جنبش و حركت مولكولها را بصورت زير مي توان دسته بندي كرد.

 

حالت ماده	انواع حركت هاي موجود در مولكول ها
	انتقالي	چرخشي (چرخش به دور خود)	ارتعاشي
گاز	دارد        (جابه جايي زياد و سريع)	دارد                 (آزادانه و زياد)	دارد
مايع	دارد      (جابه جايي كم و أهسته)	دارد               (با محدوديت وكم)	دارد
جامد	ندارد	به ندرت مشاهده مي شود.	دارد

فعاليت:

دو سرنگ مشابه انتخاب كرده يكي را تا نيمه از آب و ديگري را به همان اندازه از هوا پر كنيد سپس دهانه هر دو سرنگ را با انگشت محكم بگيريد و پيستون را به داخل فشار دهيد . چه تفاوتي مشاهده مي كنيد؟ دليل اين تفاوت چيست؟