تحقیق در مورد علم شیمی

اختصاصی از هایدی تحقیق در مورد علم شیمی دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

 فرمت فایل:WORD(قاببل ویرایش)تعداد18 صحفه

شیمی مطالعه ساختار خواص ترکیبات و تغییر شکل مواد است. این علم مربوط می‌شود به عناصر شیمیایی و ترکیبات شیمیایی که شامل اتمها، مولکولها و فعل و انفعالات بین آنها است. جدول تناوبی را هم مشاهده کنید

نگاه اجمالی
تئوری اتمی پایه و اساس علم شیمی است. این تئوری 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 تاثیر بسزائی داشته، اصل بقای جرم است. این قانون بیان می‌کند که در طول انجام یک واکنش شیمیایی معمولی، مقدار ماده نیز 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 ده هزار اتم داشته باشیم و مقدار زیادی واکنش شیمیایی انجام پذیرد، در پایان ما همچنان بطور دقیق ده هزار اتم خواهیم داشت. اگر انرژی از دست رفته یا بدست آمده را مد نظر قرار دهیم، مقدار جرم نیز تغییر نمی‌کند. شیمی فعل و انفعالات اتم‌ها را به تنهایی یا در بیشتر موارد به همراه سایر اتم‌ها و به صورت یون یا مولکول (ترکیب) مورد مطالعه قرار می‌دهد.
این اتم‌ها اغلب با اتم‌های دیگر فعل و انفعالاتی را انجام می‌دهند. (به عنوان مثال زمانیکه آتش چوب را می‌سوزاند ترکیبی است از اتم‌های اکسیژن موجود در هوا و اتم‌های کربن و هیدروژن درون چوب). گاهی اوقات نیز نور بر آنها تاثیر می‌گذارد. (یک عکس بر اثر تغییراتی که نور بر روی مواد شیمیایی فیلم ایجاد می‌کند، شکل می‌گیرد.)
یکی از کشفیات ابتدایی و جالب این بود که اتم‌ها تقربیا همیشه به نسبت مساوی با یکدیگر ترکیب می‌شوند. شن سیلیسی دارای ساختمانی است که نسبت اتم‌های سیلیکون به اکسیژن در آن یک به دو است. امروزه ثابت شده است که استثناهایی در زمینه قانون نسبت های معین موجود دارد.
یکی دیگر از کشفیات کلیدی شیمی این بود که زمانیکه یک واکنش شیمیایی رخ می دهد، مقداری انرژی که بدست می آید یا از دست می رود همواره یکسان است . این امر ما را به مفاهیم مهمی مانند تعادل ، ترمودینامیک و دینامیک می رساند.
شیمی فیزیک بر پایه فیزیک پیشرفته (مدرن) بنا شده است. اصولاً می توان تمام سیستم های شیمیایی را با استفاده از تئوری مکانیک کوانتوم شرح داد. این تئوری از لحاظ ریاضی پیچیده بوده و عمیقاً شهودی است.به هر حال در عمل و بطور واقعی تنها بررسی سیستم های ساده شیمیایی قابل بررسی با مفاهیم مکانیکی کوانتوم امکان پذیر است و در اکثر مواقع باید از تقریب استفاده کرد.(مانند تئوری کاری دانسیته ). بنابر این درک کامل مکانیک کوانتوم برای تمامی مباحث شیمی کاربرد ندارد؛ زیرا نتایج مهم این تئوری (بخصوص اربیتال اتمی ) با استفاده از مفاهیم ساده تری قابل درک و بکارگیری 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. شیمی دانها برای بکارگیری کلیه روشهای طیف نمایی به اثرات و نتایح کوانتوم وابسته اند، 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 نتیجه نهایی (مانند رزونانس مغناطیسی هسته ای ) آن مورد شرح و تفسیر قرار می گیرد.
یکی دیگر از تئوری های اصلی فیزیک مدرن که نباید نادیده گرفته شود نظریه نسبیت است. این نظریه که از لحاظ ریاضی پیچیده است، شرح کامل فیزیکی علم شیمی است. خوشبختانه مفاهیم نسبیتی تنها در برخی از محاسبات خیلی دقیق ساختمان اتم بویژه در عناصر سنگین تر کاربرد دارند و در عمل تقریباً با شیمی ارتباط ندارند.
بخشهای اصلی علم شیمی عبارتند از : شیمی تجزیه ، تعیین ترکیبات مواد و اجزای تشکیل دهند آن، شیمی آلی ، مطالعه ترکیبات کربن دار، شیمی معدنی ، که به اکثریت عناصری که در شیمی آلی روی آنها تاکیید نشده می پردازد؛ و فیزیک شیمی که پایه و اساس کلیه شاخه های دیگر را تشکیل می دهد و شامل خواش فیزیکی مواد و ابزار تئوری بررسی آنهاست.
شاخه های شیمی
شیمی آلی
شیمی تجزیه
بیو شیمی -شیمی زیست
 

اتم

یک اتم کوچکترین جزء اصلی غیر قابل تقلیل یک سیستم شیمیایی می باشد این کلمه از کلمه یونانی atomos، غیر قابل تقسیم، که از a-، بمعنی غیر، و tomos، بمعنی برش، ساخته شده است. معمولا به معنای اتم های شیمیایی یعنی اساسی ترین اجزاء مولکول ها و مواد ساده می باشد. اتم ها از طریق قابل تفکیک نیستند اما باور امروزه بر این است که اتم از ذرات کوچکتری تشکیل شده است. قطر یک اتم معمولا میان 10pm تا100pm متفاوت است. مواد متنوعی که روزانه در آزمایش و تجربه با آن روبه رو هستیم، متشکل از اتم های گسسته است. وجود چنین ذراتی برای اولین بار توسط فیلسوفان یونانی مانند دموکریتوس(Democritus)، لئوسیپوس(Leucippus) و اپیکورینز(Epicureanism) ولی بدون ارائه یک راه حل واقعی برای اثبات آن، پیشنهاد شد. سپس این مفهوم مسکوت ماند تا زمانیکه در قرن 18 (Rudjer Boscovich)راجر بسکوویچ آنرا احیاء نمود، و بعد از آن توسط (John Dalton)جان دالتون در شیمی بکار برده شد. راجر بوسویچ نظریه خود را بر مبنای مکانیک نیوتنی قرارداد و آنرا در سال 1758 تحت عنوان:

Theoria philosophiae naturalis redacta ad unicam legem virium in natura existentium

چاپ نمود.

براساس نظریه بوسویچ، اتمها نقاط بی اسکلتی هستند که بسته به فاصله آنها از یکدیگر، نیروهای جذب کننده و دفع کننده بر یکدیگر وارد می کنند. جان دالتون از نظریه اتمی برای توضیح چگونگی ترکیب گازها در نسبتهای ساده، استفاده نمود. در اثر تلاش (Amendo Avogadro)آمندو آواگادرو در قرن 19، دانشمندان توانستند تفاوت میان اتم ها و مولکولها را درک نمایند. در عصر مدرن اتم ها را بصورت تجربی مشاهده شدند. در آزمایش ها نیز مشخص گردید که اتمها نیز خود از ذرات کوچکتری ساخته شده اند. در مرکز یک هسته کوچک مرکزی مثبت متشکل از ذرات هستهای ( پروتونها و نوترونها)، و بقیه اتم فقط از پوسته های متموج الکترون تشکیل شده است. معمولا اتم های با تعداد مساوی الکترون و پروتون، از نظر الکتریکی خنثی هستند.

اتم ها عموما بر حسب عدد اتمی که متناسب با تعداد پروتونهای آن اتم می باشد، طبقه بندی می شوند. برای مثال، اتم های کربن اتم هایی هستند که دارای شش پروتون میباشند. تمام اتمهای با عدد اتمی مشابه، دارای خصوصیات فیزیکی متوع یکسان بوده و واکنش شیمیایی یکسان از خود نشان می دهند. انواع گوناگون اتمها در جدول تناوبی لیست شده اند. اتمهای دارای عدد اتمی یکسان اما با جرم اتمی متفاوت (به علت تعداد متفاوت نوترونهای آنها) ایزوتوپ نامیده می شوند.

ساده ترین اتم، اتم هیدروژن است که عدد اتمی یک دارد و دارای یک پروتون و یک الکترون می باشد. این اتم در بررسی موضوعات علمی، خصوصا در اوایل شکل گیری نظریه کوانتوم، بسیار مورد علاقه بوده است.

واکنش شیمیایی اتم ها بطور عمده ای وابسته به اثرات متقابل میان الکترونهای آن می باشد. خصوصا الکترونهایی که در خارجی ترین لایه اتمی قرار دارند بنام الکترونهای ظرفیتی، بیشترین اثر را در واکنشهای شیمیایی نشان می دهند. الکترونهای مرکزی (یعنی آنهایی که در لایه خارجی نیستند) نیز موثر میباشند ولی بعلت وجود بار مثبت هسته اتمی، نقش ثانوی است.

اتم ها تمایل زیادی به تکمیل لایه الکترونی خارجی خود و (یا تخلیه کامل آن) دارند، لایه خارجی هیدروژن و هلیم جای دو الکترون و در همه اتمهای دیگر طرفیت هشت الکترون را دارند. این عمل با استفاده مشترک از الکترونهای اتمهای مجاور و یا با جداکردن کامل الکترونها از اتمهای دیگر فراهم میشود. هنگامیکه الکترونها در مشارکت اتمها قرار می گیرند، یک پیوند کوالانسی میان دو اتم تشکیل می گردد. پیوندهای کوالانسی قویترین نوع پیوندهای اتمی می باشند.

هنگامیکه بوسیله اتم، یک یا چند الکترون از یک اتم دیگر جدا می گردد، یونها ایجاد می شوند. یونها اتم هایی هستند که بعلت عدم تساوی تعداد پروتو نها و الکترونها، دارای بار الکتریکی ویژه می شوند. یونهایی که الکترون(ها) را بر می دارند، آنیون (anion) نامیده شده و بار منفی دارند. اتمی که الکترون(ها) را از دست می دهد کاتیون (cation) نامیده شده و بار مثبت دارد. کاتیونها و آنیونها بعلت نیروی کولمبیک(coulombic) میان بارهای مثبت و منفی، یکدیگر را جذب می نمایند. این جذب پیوند یونی نامیده می شود و از پیوند کوالانسی ضعیفتر است.

همانطور که بیان گردید، پیوند کوالانسی در حالتی ایجاد میشود که در آن الکترونها بطور یکسان میان اتمها به اشتراک گذارده می شود، درحالیکه پیوند یونی در حالی ایجاد میگردد که الکترون ها کاملا در انحصار آنیون قرار میگیرند. بجز در موارد محدودی از حالتهای خیلی نادر، هیچکدام از این توصیف ها کاملا دقیق نیست. در بیشتر موارد پیوندهای کوالانسی، الکترونها بطور نامساوی به اشتراک گذارده میشوند، بطوریکه زمان بیشتری را صرف گردش بدور اتم های با بار الکتریکی منفیتر می کنند، که منجر به ایجاد پیوند کووالانسی با بعضی از خواص یونی می گردد. بطور مشابهی، در پیوندهای یونی الکترونها اغلب در مقاطع کوچکی از زمان بدور اتم با بار الکتریکی مثبت تر می چرخند، که باعث ایجاد بعضی از خواص کووالانسی در پیوند یونی می گردد.

جدول تناوبی

جدول تناوبی عناصر شیمیایی نمایشی از عناصر شیمیایی است که براساس ساختار الکترونی مرتب شده است، بطوریکه بسیاری از خواص شیمیایی بصورت منظم در طول جدول تغییر نماید.

جدول اولیه بدون اطلاع از ساختار داخلی اتمها ساخته شد: اگر عناصر را بر حسب جرم اتمی آنها مرتب نمائیم، و آنگاه نمودار خواص معین دیگر آنها را بر حسب جرم اتمی رسم نمائیم، میتوان نوسان یا تناوب این خواص را بصورت تابعی از جرم اتمی مشاهده نمود. اولین کسی که توانست این نظم را مشاهده نماید، یک شیمیدان آلمانی به نام Johann Wolfgang D?einer بود. او متوجه تعدادی تثلیث از عناصر مشابه شد:

نمونه تثلیث ها

عنصر

جرم اتمی

چگالی

Cl

1. 5
2. 56 g/L

 

Br

1. 9
2. 12 g/L

 

I

1. 9
2. 95 g/L

 

Ca

1. 1
2. 55 g/cm3

 

Sr

1. 6
2. 6 g/cm3

 

Ba

137

1. 5 g/cm3

و به دنبال او، شیمیدان انگلیسی John Alexander Reina Newlands متوجه گردید که عناصر از نوع مشابه در فاصله‌های هشت تایی یافت می شوند، که آنها را با نت‌های هشتگانه موسیقی شبیه نمود، هرچند که قانون نت‌های او مورد تمسخر معاصرین او قرار گرفت. سرانجام شیمیدان آلمانی Lothar Meyer و شیمیدان روسی Dmitry Ivanovich Mendeleev تقریبا بطور همزمان اولین جدول تناوبی را، با مرتب نمودن عناصر بر حسب جرمشان، توسعه دادند( ولی مندلیف تعداد کمی از عناصر را خارج از ترتیب صریح جرمی، برای تطابق بهتر با خواص همسایگانشان رسم نمود – این کار بعدها با کشف ساختار الکترونی عناصر در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم توجیه گردید.)

فهرست عناصر بر اساس نام، علامت اختصاری و عدد اتمی موجود میباشد. شکل زیر جدول تناوبی عناصر شناخته شده را نمایش میدهد. هر عنصر با عدد اتمی و علامتهای شیمیایی. عناصر در یک ستون ("گروه") از لحاظ شیمیایی مشابه می باشند.

گروه

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

ردیف

1

1
H

2
He

2

3
Li

4
Be

5
B

6
C

7
N

8
O

9
F

10
Ne

3

11
Na

12
Mg

13
Al

14
Si

15
P

16
S

17
Cl

18
Ar

4

19
K

20
Ca

21
Sc

22
Ti

23
V

24
Cr

25
Mn

26
Fe

27
Co

28
Ni

29
Cu

30
Zn

31
Ga

32
Ge

33
As

34
Se

35
Br

36
Kr

5

37
Rb

38
Sr

39
Y

40
Zr

41
Nb

42
Mo

43
Tc

44
Ru

45
Rh

46
Pd

47
Ag

48
Cd

49
In

50
Sn

51
Sb

52
Te

53
I

54
Xe

6

55
Cs

56
Ba

*

71
Lu

72
Hf

73
Ta

74
W

75
Re

76
Os

77
Ir

78
Pt

79
Au

80
Hg

81
Tl

82
Pb

83
Bi

84
Po

85
At

86
Rn

7

87
 Fr 

88
Ra

**

103
Lr

104
Rf

105
Db

106
Sg

107
Bh

108
Hs

109
Mt

110
Ds

111
Uuu

112
Uub

113
Uut

114
Uuq

115
Uup

116
Uuh

117
Uus

118
Uuo

* لانتانیدها

57
La

58
Ce

59
Pr

60
Nd

61
Pm

62
Sm

63
Eu

64
Gd

65
Tb

66
Dy

67
Ho

68
Er

69
Tm

70
Yb

** آکتینیدها

89
Ac

90
Th

91
Pa

92
U

93
Np

94
Pu

95
Am

96
Cm

97
Bk

98
Cf

99
Es

100
Fm

101
Md

102
No

گروههای شیمیایی جدول تناوبی

قلیائی فلزیها

قلیائی خاکیها

لانتانیدها

آکتینیدها

فلزات انتقالی

فلزات ضعیف

شبه فلزات

غیر فلزات

هالوژنها

گازهای کامل

در اینجا روشهای دیگر برای نمایش جدول ارائه شده‌اند:

جدول استاندارد - جدول جایگزین - جدول ضد - جدول بزرگ - جدول عظیم - جدول عریض - جدول توسعه یافته - جدول ساختاری - فلزات و غیر فلزات

کد رنگ برای اعداد اتمی:

• عناصر شماره گذاری شده با رنگ آبی ، در دمای اتاق مایع هستند؛
• عناصر شماره گذاری شده با رنگ سبز ، در دمای اتاق بصورت گاز می باشند؛
• عناصر شماره گذاری شده با رنگ سیاه، در دمای اتاق جامد هستند.
• عناصر شماره گذاری شده با رنگ قرمز ترکیبی بوده و بطور طبیعی یافت نمی شوند(همه در دمای اتاق جامد هستند.)
• عناصر شماره گذاری شده با رنگ خاکستری ، هنوز کشف نشده‌اند (و بصورت کم رنگ نشان داده شده‌اند تا گروه شیمیایی را که در آن قرار می گیرند، مشخص نماید.(

و می توانید دراین کلید واژه جدول تناوبی برای تشدید مغناطیسی را بیابید.

تعداد لایه الکترون در یک اتم تعیین کننده ردیفی است که در آن قرار می گیرد. هر لایه به زیرلایه های متفاوتی تقسیم میشود، که هر اندازه عدد اتمی افزایش می یابد، این لایه ها به ترتیب زیر:

 1s

 2s           2p

 3s           3p

 4s        3d 4p

 5s        4d 5p

 6s     4f 5d 6p

 7s     5f 6d 7p

 8s  5g 6f 7d 8p

 ...

براساس ساختار جدول پر میشوند. از آنجائیکه الکترونهای خارجی ترین لایه، خواص شیمیایی را تعیین مینمایند، این لایه ها در میان گروهای یکسان مشابه اند.عناصر همجوار با