اتم را از روی یک مولکول آب بشناسید، ساختارش را بدون تصویر غلطِ مدارهای سیاره‌ای تصور کنید و سراغ پرسش‌های درسی بروید.
اتم چیست؟
تعریف دقیق: اتم کوچکترین ذرهای است که هنوز ویژگیِ تعلق به یک عنصر شیمیایی را حفظ میکند. اتم خنثی از هسته‌ای با بار مثبت و الکترون‌های پیرامون آن تشکیل شده است؛ هسته بیش از ۹۹٫۹ درصد جرم اتم را در خود دارد. ( ) (IUPAC Gold Book)
به زبان ساده: اتم یک واحد بسیار کوچک از یک عنصر، مثل کربن، است. بخش سنگین آن در مرکز قرار دارد و الکترونها در فضای پیرامون مرکز جای می‌گیرند.
در هر جرعه آب، مولکول‌هایی هست که از دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن ساخته شده‌اند. چه چیزی باعث میشود اتم هیدروژن، هیدروژن بماند و اتم اکسیژن، اکسیژن؟ پاسخ کمک میکند جدول تناوبی را بخوانید. همچنین می‌فهمید چرا ایزوتوپها، یعنی اتمهای یک عنصر با شمار نوترون متفاوت، هنوز به همان عنصر تعلق دارند.
اتمها با چشم دیده نمی‌شوند، اما می‌توان از یک تصویر ساده شروع کرد: بخش سنگین اتم در مرکز آن است. این بخش، هسته نام دارد. شناخت هسته راه را برای فهم الکترون‌های اطرافش باز میکند. بعد می‌توان پرسید اتم چه فرقی با مولکولی دارد که از چند اتم ساخته شده است.
شناسنامه‌ی اتم
- نام انگلیسی
- Atom
- شاخه‌ی شیمی
- شیمی عمومی
- معرفی
- جان دالتون؛ در مقام ارائه‌دهندهٔ نظریهٔ اتمیِ علمی، نه نخستین مطرح‌کنندهٔ اندیشهٔ اتم · 1808
- ریشه‌ی نام
- واژهٔ «اتم» از واژه‌ای یونانی به معنای «تقسیم‌ناپذیر» آمده است؛ این معنای تاریخی به معنیِ تجزیه‌ناپذیر بودن اتم در دانش امروز نیست.
- پایه‌ی درسی
- دهم
- ارتباط با کنکور
- مستقیم
- سطح دشواری
- آسان
تعریف دقیق
اتم دقیقاً چیست؟
یک اتم کربن را عضوی از خانوادهٔ کربن در نظر بگیرید، نه یک مولکول. اتم کوچکترین ذرهای است که هنوز هویت یک عنصر شیمیایی را حفظ میکند. «عنصر» خانواده‌ای از اتم‌هاست که شمار پروتونهای هسته‌شان یکسان است. پروتون ذرهای با بار الکتریکی مثبت است؛ بار الکتریکی ویژگی‌ای است که در جذب یا دفع ذرات اثر می‌گذارد.
یک اتم کربن را مانند عضوی از خانوادهٔ کربن در نظر بگیرید: نشانهٔ عضویت آن، شمار پروتونهای هسته است. تا وقتی شمار پروتونها همان شمارِ ویژهٔ کربن باشد، با اتمی از عنصر کربن روبه‌رو هستید. این تصویر دربارهٔ هویت اتم است، نه مرزی سخت دور آن. اتم کوچکترین چیزِ موجود نیست و خودش اجزای کوچک‌تری دارد.
در اتم خنثی، الکترون‌های منفی اطراف هستهٔ مثبت هستند. «خنثی» یعنی بارهای مثبت و منفی همدیگر را جبران میکنند و اتم بار الکتریکی خالص ندارد. در چنین اتمی، شمار الکترونها و پروتونها برابر است. الکترون منفی به هستهٔ مثبت جذب میشود، اما مانند نقطه‌ای روی یک دایرهٔ رسم‌شده حرکت نمی‌کند.
برای شناخت اتم کربن، فقط نام ذرات درونش را نمی‌پرسیم؛ باید بدانیم چه چیزی آن را کربن نگه می‌دارد. پاسخ در هسته است: شمار پروتونها هویت عنصر را تعیین میکند. به همین خاطر، تغییر شمار نوترون‌ها را نباید با تبدیل اتم به عنصری دیگر اشتباه گرفت. درست مثل شناختن اعضای یک خانواده، باید نشانهٔ مشترکشان را پیدا کنیم.
تصویر ذهنی
یک اتم کجای مولکول آب است؟
در هر مولکول آب، دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن به هم پیوند دارند. اتمهای آب فقط کنار هم نیستند؛ در پیوند شیمیایی، الکترونها را به اشتراک می‌گذارند. اتمها را می‌توان واحدهای سازندهٔ آب دانست، اما مولکول آب مجموعه‌ای است که از اتصال آن‌ها ساخته میشود. هر اتم در این مجموعه هویت عنصری خودش را حفظ میکند.
دو اتم از یک عنصر را مانند دو عضو یک خانواده در نظر بگیرید: شمار پروتون‌هایشان برابر است، اما شمار نوترونهایشان فرق دارد. نوترون ذرهای در هسته است. عدد جرمی، مجموع شمار پروتونها و نوترونهای هسته است. این دو اتم ایزوتوپهای یک عنصرند؛ برای تشخیصشان باید دید کدام شمار ثابت مانده و کدام تغییر کرده است.
تشبیه اتم به «واحد سازنده» کمک میکند مولکول آب را مانند مجموعه‌ای از چند واحد ببینیم. اما اتم قطعه‌ای با دیوارهٔ مشخص نیست و پیوند شیمیایی هم صرفاً کنار هم گذاشتن قطعه‌ها نیست. این تصویر سه پرسش را از هم جدا میکند: اتم به کدام عنصر تعلق دارد؟ اتمهای پیوندخورده چه مولکولی ساخته‌اند؟ آیا شمار نوترونهای اتمهای آن عنصر یکسان است؟
| نام | به چه اشاره دارد؟ | نکتهٔ تمایز |
|---|---|---|
| اتم یک عنصر | واحدی که هویت عنصر را حفظ میکند | هویت عنصر با شمار پروتونها مشخص میشود |
| مولکول آب | اتمهای هیدروژن و اکسیژنِ پیوندخورده | دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن دارد |
| ایزوتوپهای یک عنصر | اتمهای متعلق به همان عنصر | عدد اتمی برابر و عدد جرمی متفاوت دارند |
منبع: IUPAC Gold Book، PubChem, National Center for Biotechnology Information
رد شواهد
از کجا فهمیدیم اتم درون دارد؟
نام اتم، یا Atom در انگلیسی، از واژه‌ای یونانی به معنای «تقسیم‌ناپذیر» آمده است. این معنای تاریخی تصویر دانش امروز از اتم نیست. اندیشهٔ فلسفی دربارهٔ ذرات تقسیم‌ناپذیر را هم نباید با نظریه‌ای بر پایهٔ شواهد شیمیایی یکی دانست. جان دالتون در سال ۱۸۰۸ نظریهٔ اتمی خود را منتشر کرد تا ترکیب مواد و نسبت‌های واکنش‌های شیمیایی را توضیح دهد.
تصویر اتم با شواهد تازه تغییر کرد. جی. جی. تامسون در سال ۱۸۹۷ نشان داد پرتوهای کاتدی از الکترونها تشکیل شده‌اند. الکترون ذرهای کوچک‌تر از اتم است؛ پس اتم برخلاف معنای تاریخی نامش تقسیم‌ناپذیر نیست. یافتهٔ تامسون ایدهٔ اتم را کنار نگذاشت، بلکه پرسش دربارهٔ درون آن را جدی‌تر کرد.
ارنست رادرفورد در سال ۱۹۱۱ مدلی با هسته‌ای کوچک و مثبت ارائه کرد که بخش عمدهٔ جرم اتم در آن جا می‌گیرد. سپس جیمز چادویک در سال ۱۹۳۲ وجود نوترون را اثبات کرد. هر گام، پاسخ پرسش قبلی را دقیق‌تر کرد و پرسش تازه‌ای ساخت. تاریخ اتم داستان یک تصویر ثابت نیست؛ داستان اصلاح تصویر با شواهد تازه است.
درون اتم
هسته کجاست و الکترونها کجا هستند؟
ساختار اتم را با دو ناحیه در ذهن بسازید: هسته‌ای کوچک که بخش عمدهٔ جرم را در خود دارد و فضای پیرامونی که الکترونها در آن یافت می‌شوند. جرم و جایگاه، دو پرسش متفاوت‌اند. اینکه هسته بیشتر جرم اتم را دارد، به معنای پر بودن همهٔ فضای پیرامونش از مادهٔ هسته نیست. الکترونها به هستهٔ مثبت جذب می‌شوند، اما توصیف جایگاهشان به نقشه‌ای ظریف‌تر نیاز دارد.
در تصویرهای ساده، الکترون را گاهی روی دایرهای دور هسته می‌بینید. دایره می‌تواند برای جدا کردن هسته از پیرامونش کمک کند، اما مسیر دقیق حرکت الکترون نیست. مدل امروزی از «ابر الکترونی» حرف می‌زند: ناحیهای که یافتن الکترون در آن محتمل است. ابر الکترونی جای قطعی الکترون را در هر لحظه روی یک خط نشان نمی‌دهد.
کوچکی اتم هم تصویرسازی را دشوار میکند. قطر معمول یک اتم در مرتبهٔ ۱۰ به توان منفی ۱۰ m است؛ m یعنی متر و «مرتبه» اندازه‌ای تقریبی را نشان میدهد. این عدد اندازهٔ دقیق همهٔ اتمها نیست. برای فهم اتم، به‌جای گویی با لبهٔ مشخص، هستهٔ فشرده و ناحیهای را در نظر بگیرید که الکترونها در آن یافت می‌شوند.
اتم هیدروژنِ رایج نشان میدهد شکل‌های آموزشی را نباید تصویر دقیق همهٔ اتمها دانست. در هستهٔ این اتم یک پروتون هست، اما نوترونی نیست. یک الکترون هم اطراف هسته قرار دارد. پس تصورِ «هر هسته هم پروتون دارد و هم نوترون» برای اتم هیدروژنِ رایج درست نیست؛ باید ذرات هر اتم را جداگانه بشماریم.
| سهم جرم در هسته | بیش از ۹۹٫۹٪ هسته این مقدار از جرم اتم را در خود جای میدهد. |
|---|---|
| مرتبهٔ قطر معمول اتم | ۱۰⁻¹⁰ m اندازهٔ دقیق و یکسانِ همهٔ اتمها نیست. |
| نوترون در هیدروژنِ رایج | ۰ هستهٔ این اتم نوترون ندارد. |
منبع: IUPAC Gold Book، National Institute of Standards and Technology
ابر الکترونی (Electron cloud): تصویری از ناحیه‌هایی است که یافتن الکترون در آن‌ها محتمل است، نه نقشهٔ یک مسیر دایرهای دقیق.
- الکترون بار منفی دارد و به هستهٔ مثبت جذب میشود.
- دایرههای سادهٔ آموزشی را نباید مسیر دقیق الکترون دانست.
شمارش و اندازه
چطور ذرات اتم را می‌شماریم؟
برای خواندن هویت یک اتم، شمارش را از هسته آغاز کنید. عدد اتمی، شمار پروتونهای هسته است؛ پس با دانستن آن می‌فهمید اتم به کدام عنصر تعلق دارد. عدد جرمی چیز دیگری را می‌شمارد: مجموع پروتونها و نوترونهای همان هسته. نام این دو عدد شبیه است، اما یکی نشانِ هویت عنصر است و دیگری شمار ذرات نام‌برده در هسته را بیان میکند.
وقتی عدد اتمی و عدد جرمی را دارید، شمار نوترون‌ها از کم کردن عدد اتمی از عدد جرمی به دست می‌آید. منطق این تفاضل ساده است: عدد جرمی هر دو گروه را شمرده و عدد اتمی فقط پروتونها را. اگر مسئله دربارهٔ اتم خنثی باشد، شمار الکترونها نیز با پروتونها برابر است. پیش از برابر گرفتن این دو شمار، باید به قید «خنثی» در پرسش توجه کنید.
می‌توان ذرات هسته را شمرد، اما «اندازهٔ اتم» مرزی ندارد که مانند لبهٔ یک گوی اندازه بگیریم. الکترونها دور هسته دیواره‌ای واقعی نمی‌سازند. برای مقایسهٔ اندازهٔ اتمها از شعاع کووالانسی هم استفاده میشود؛ این اندازه از فاصلهٔ هسته‌های اتمهای پیوندخورده به دست می‌آید. شعاع کووالانسی را نباید فاصلهٔ هسته تا دیواره‌ای واقعی دور هر اتم دانست.
تفاوت میان شمارش و اندازه‌گیری، راهنمای خوبی برای خواندن داده‌های اتمی است. پروتونها و نوترونهای یک اتم مشخص را می‌شماریم، اما برای توصیف گسترهٔ اتم به شیوهٔ بیان اندازه توجه می‌کنیم. اگر یک مقایسه از شعاع کووالانسی استفاده کند، همهٔ مقدارهای آن را باید با همین معنا خواند. نباید از یک مقدار نتیجه گرفت که هر اتم مرزی ثابت و همگانی دارد.
| مورد | مقدار | بازه |
|---|---|---|
| هیدروژن | 0.32 آنگستروم | 0.32 تا 0.75 |
| اکسیژن | 0.64 آنگستروم | 0.32 تا 0.75 |
| کربن | 0.75 آنگستروم | 0.32 تا 0.75 |
منبع: Royal Society of Chemistry
جلوی چشم ما
اتم در آب و الکتریسیتهٔ ساکن چه میکند؟
در یک جرعه آب، هر مولکول از اتمهای هیدروژن و اکسیژن ساخته شده است. این اتمها با پیوند کووالانسی به هم متصل‌اند؛ یعنی الکترونها را در پیوند به اشتراک می‌گذارند. برای فهم تفاوت اتم و مولکول لازم نیست اتمها را یکی‌یکی ببینید. کافی است میان واحدهای سازندهٔ آب و مجموعه‌ای که از پیوند آن‌ها پدید می‌آید فرق بگذارید.
یک نمایش آموزشیِ الکتریسیتهٔ ساکن، بخش دیگری از داستان را پیش چشم می‌آورد. پس از تماس و مالش نوار پلاستیکی با پوست، نوار ممکن است به سوی دست جذب شود. توضیح این مشاهده با انتقال الکترون از پوست به نوار سازگار است. در این توضیح، الکترونها جابه‌جا می‌شوند؛ لازم نیست تصور کنیم هسته‌ها از یک ماده به مادهٔ دیگر رفته‌اند.
حرکت نوار، خودِ الکترون یا اتم را نشان نمی‌دهد. آنچه دیده میشود، اثر جذب الکتریکی میان نوار و دست است. این تفاوت در فهم شواهد علمی اهمیت دارد: گاهی چیزی را مستقیم مشاهده می‌کنیم و دربارهٔ چیزی نادیدنی از روی اثرش توضیح می‌دهیم. نمایش نوار پلاستیکی از نوع دوم است؛ مشاهدهٔ جذب با توضیح جابه‌جایی الکترونها کنار هم معنا پیدا میکنند.
آب و نوار پلاستیکی دو پرسش جدا را پاسخ می‌دهند. مولکول آب نشان میدهد اتمهای عناصر متفاوت می‌توانند به هم پیوند داشته باشند. نوار پلاستیکی نشان میدهد رفتار الکتریکیِ قابل مشاهده می‌تواند با جابه‌جایی الکترون توضیح داده شود. در نمایش آموزشی نوار، به مادهٔ شیمیایی یا منبع برق نیاز نیست؛ اگر نواری برای نمایش آماده میشود، کار با قیچی به احتیاط معمول نیاز دارد.
پرسش: آیا جابه‌جایی الکترون میان دو ماده می‌تواند به جذب الکتریکی آن‌ها بینجامد؟
وسایل: کیسهٔ پلاستیکی تمیز، قیچی برای آماده‌سازی نوار پلاستیکی
- با قیچی، نواری از کیسهٔ پلاستیکی ببرید.
- نوار را از یک سر بگیرید و چند بار آن را میان انگشتان دست دیگر بلغزانید.
- نوار آویزان را به‌آرامی به همان دست نزدیک کنید و حرکتش را مشاهده کنید.
مشاهده: نوار پلاستیکی به سوی دست حرکت میکند.
نتیجه: این نمایش با انتقال الکترون و جذب بارهای ناهم‌نام سازگار است؛ خودِ اتم یا الکترون با چشم دیده نمی‌شود.
ایمنی: برای بریدن نوار، قیچی را با احتیاط به کار ببرید؛ آزمایش به مادهٔ شیمیایی یا منبع برق نیاز ندارد.
منبع: American Chemical Society
بیرون از کلاس
شناخت اتم کجا به کار می‌آید؟
در ساخت ریزتراشه‌ها، به سیلیسیم اتمهای بور یا فسفر افزوده میشود. این افزودن رفتار الکتریکی سیلیسیم را تغییر میدهد؛ یعنی بر رفتاری اثر می‌گذارد که برای کار قطعه مهم است. پس نام مواد به‌تنهایی کافی نیست. باید پرسید اتمهای افزوده‌شده چه تغییری در مادهٔ سازندهٔ تراشه ایجاد میکنند.
در تصویربرداری تشخیصیِ پزشکی هسته‌ای، بعضی فرآورده‌های دارای تکنسیم-۹۹اِم به‌عنوان نشانگر به کار می‌روند. تکنسیم-۹۹اِم یک ایزوتوپ پرتوزاست؛ یعنی گونه‌ای از اتمهای تکنسیم که پرتوزایی دارد. کاربردی که اینجا درباره‌اش حرف می‌زنیم تصویربرداری تشخیصی است، نه درمان. شناخت ایزوتوپها کمک میکند بفهمیم چرا در معرفی چنین نشانگری، نام عنصر به‌تنهایی همهٔ اطلاعات لازم را نمی‌دهد.
پرسش از منشأ آب هم می‌تواند به ایزوتوپها برسد. پژوهشگران ایزوتوپهای هیدروژن و اکسیژنِ آب باران را اندازه می‌گیرند تا منشأ و گردش منابع آب را بررسی کنند. در این کاربرد، آب همچنان از اتمهای هیدروژن و اکسیژن ساخته شده است. تفاوت ایزوتوپی راهی برای پرسیدن دربارهٔ سرگذشت همان آب فراهم میکند، نه اینکه نام عناصر سازنده‌اش را عوض کند.
افزودن اتم به سیلیسیمِ ریزتراشه، تصویربرداری تشخیصی و پیگیری منشأ آب باران سه پرسش متفاوت پیش می‌آورند. در ریزتراشه می‌پرسیم چه اتمی رفتار الکتریکی ماده را تغییر میدهد. در تصویربرداری و بررسی آب، تفاوت میان اتمهای یک عنصر به کار می‌آید. پس به‌جای گفتن «مواد متفاوت‌اند»، باید پرسید کدام ویژگی اتم در نتیجهٔ هر نمونه اثر دارد.
- ریزتراشه: افزودن اتمهای بور یا فسفر، رفتار الکتریکی سیلیسیم را تغییر میدهد.
- تصویربرداری تشخیصی: فرآورده‌های دارای ایزوتوپ پرتوزای تکنسیم-۹۹اِم نقش نشانگر دارند.
- بررسی منشأ آب: ایزوتوپهای هیدروژن و اکسیژن به بررسی منشأ و گردش منابع آب کمک میکنند.
سر جلسهٔ امتحان
اتم در شیمی دهم چگونه پرسیده میشود؟
در پرسش‌های درسی دربارهٔ اتم، عددها را مانند نشانه‌هایی برای شناخت یک عنصر بخوانید. ابتدا مشخص کنید کدام عدد شمار پروتون‌هاست؛ این شمار را عدد اتمی می‌نامند. سپس ببینید کدام عدد مجموع پروتونها و نوترون‌هاست و آیا اتم خنثی است. جدا کردن این داده‌ها کمک میکند هنگام خواندن جدول تناوبی و تشخیص ایزوتوپها، عددها را جابه‌جا نکنید.
در مسئلهٔ اتم خنثی کربن-۱۲، عدد اتمی ۶ و عدد جرمی ۱۲ است. عدد اتمی شمار پروتونها را میدهد؛ پس هسته ۶ پروتون دارد. عدد جرمی مجموع پروتونها و نوترون‌هاست؛ بنابراین ۱۲ منهای ۶ برابر ۶ نوترون میشود. چون اتم خنثی است، شمار الکترونها هم ۶ است. پاسخ نهایی ۶ پروتون، ۶ نوترون و ۶ الکترون است.
اگر دو اتم خنثی عدد اتمی یکسان و عدد جرمی متفاوت داشته باشند، از یک عنصرند. شمار پروتونهای برابر، هویت عنصر را ثابت نگه می‌دارد؛ تفاوت عدد جرمی در این حالت به تفاوت شمار نوترون‌ها برمی‌شود. نام این رابطه «ایزوتوپ» است. در پرسش امتحانی، پیش از نگاه کردن به تفاوت عددهای جرمی، بپرسید آیا شمار پروتونها عوض شده است یا نه.
عدد جرمی را مانند شمارش ذرات در هستهٔ یک اتم مشخص بخوانید: پروتونها و نوترون‌ها با هم شمرده می‌شوند. برای یک ایزوتوپ، یعنی گونه‌ای از اتمهای یک عنصر با شمار نوترون مشخص، عدد جرمی به همان گونه تعلق دارد. جرم اتمیِ نوشته‌شده برای عنصر در جدول تناوبی، عدد جرمی تک‌تک اتمهای آن نیست. اگر مسئله ایزوتوپ مشخصی را نام برد، دادهٔ همان ایزوتوپ را به کار ببرید.
یادداشت کارشناسی دکتر فائزه خان محمدی
پیش از هر تفاضلی، کنار عددهای مسئله نامشان را بنویسید: «شمار پروتون» و «مجموع پروتون و نوترون». این کار مانع میشود عددی را فقط به خاطر جایگاهش در صورت سؤال، عدد جرمی فرض کنید. برابر بودن الکترون و پروتون را هم تنها پس از دیدن قید «اتم خنثی» به کار ببرید.
مسئله: اتم خنثی کربن-۱۲ با عدد اتمی ۶ چند پروتون، نوترون و الکترون دارد؟
- عدد اتمی ۶ است؛ پس هسته ۶ پروتون دارد.
- عدد جرمی ۱۲ است؛ شمار نوترون‌ها برابر ۱۲ − ۶، یعنی ۶ است.
- اتم خنثی است؛ بنابراین شمار الکترونها نیز ۶ است.
جواب: ۶ پروتون، ۶ نوترون و ۶ الکترون.
ارتباط با کنکور: مستقیم · پایه: دهم · فصل: شیمی (۱)، فصل اول: «کیهان، زادگاه الفبای هستی».
شناخت ساختار اتم، عدد اتمی و ایزوتوپها پایهٔ فهم مباحث این فصل و خواندن جدول تناوبی است.
- عدد اتمی، شمار پروتون‌هاست؛ در اتم خنثی شمار الکترونها نیز با آن برابر است.
- شمار نوترون‌ها از تفاضل عدد جرمی و عدد اتمی به دست می‌آید.
- تغییر شمار نوترون‌ها بدون تغییر شمار پروتونها، ایزوتوپ دیگری از همان عنصر میدهد.
- عدد جرمیِ یک ایزوتوپ را با جرم اتمیِ درج‌شده برای عنصر در جدول تناوبی یکی نگیرید.
پرسش نمونه: دو اتم خنثی عدد اتمی یکسان اما عدد جرمی متفاوت دارند؛ آیا متعلق به دو عنصر متفاوت‌اند؟
پاسخ: خیر؛ ایزوتوپهای یک عنصرند، زیرا شمار پروتون‌هایشان یکسان است.
اشتباه رایج
کدام تصویرهای اتم گمراه‌کننده‌اند؟
نام تاریخی اتم به معنی «تقسیم‌ناپذیر» است، اما امروز می‌دانیم اتم اجزای کوچک‌تری دارد. تصویرهای آموزشی هم همهٔ جزئیات را نشان نمی‌دهند: هستهٔ هیدروژنِ رایج نوترون ندارد. همچنین دایرهای که گاهی دور هسته می‌کشند، مسیر دقیق الکترون نیست. ابر الکترونی، یعنی ناحیهای که یافتن الکترون در آن محتمل است، تصویر دقیق‌تری به دست میدهد.
دو اتم از یک عنصر را در نظر بگیرید که شمار نوترونهایشان فرق دارد. اتمها ایزوتوپهای متفاوتی‌اند، اما چون شمار پروتون‌هایشان یکسان است، هویت عنصر عوض نمی‌شود. عدد جرمی هر ایزوتوپ، مجموع پروتونها و نوترونهای هستهٔ همان اتم است. این عدد را با جرم اتمیِ نوشته‌شده برای عنصر در جدول تناوبی یکی نگیرید.
| برداشت غلط | واقعیت |
|---|---|
| اتم کوچکترین ذرهٔ موجود است و از اجزای کوچک‌تر ساخته نشده است. | اتم از ذرات زیراتمی، از جمله پروتون، نوترون و الکترون، تشکیل میشود. معنای تاریخیِ «تقسیم‌ناپذیر» با تعریف امروزیِ اتم اشتباه گرفته میشود. |
| الکترونها مانند سیاره‌ها همیشه روی دایرههای مشخص دور هسته می‌چرخند. | دایره‌ها بخشی از یک مدل سادهٔ آموزشیاند؛ ابر الکترونی نواحی محتملِ یافتن الکترون را نمایش میدهد. نمودارهای سادهٔ کتاب‌های آموزشی ممکن است با تصویر دقیقِ مدل امروزی اشتباه گرفته شوند. |
| همهٔ اتمها نوترون دارند. | اتم هیدروژنِ رایج در هستهٔ خود نوترون ندارد. شکل رایجِ اتم با سه نوع ذره، استثنای هیدروژنِ رایج را نشان نمی‌دهد. |
| اگر شمار نوترونهای یک اتم عوض شود، عنصر آن هم عوض میشود. | هویت عنصر با شمار پروتونها تعیین میشود؛ تغییر شمار نوترون‌ها ایزوتوپ دیگری از همان عنصر می‌سازد. عدد جرمی با عدد اتمی اشتباه گرفته میشود. |
| هر اتمِ یک عنصر دقیقاً همان جرمی را دارد که به‌عنوان جرم اتمیِ آن عنصر در جدول تناوبی نوشته شده است. | ایزوتوپهای یک عنصر جرم‌های متفاوت دارند؛ عددی مانند ۱۲٫۰۱۱ برای کربن، جرم نسبیِ گزارش‌شده برای عنصر است، نه عدد جرمیِ تک‌تک اتمهای آن. جرم اتمیِ عنصر با عدد جرمیِ یک ایزوتوپ یکی پنداشته میشود. |
پرسش بعدی
از یک اتم به کدام پرسش می‌رسیم؟
به یک جرعه آب برگردید: در هر مولکول آب، اتمهای هیدروژن و اکسیژن با پیوند به هم متصل‌اند. مولکول، مجموعه‌ای از اتم‌هاست و نام هر اتم با نام این مجموعه یکی نمی‌شود. شمار پروتونها هویت هر اتم را مشخص میکند، حتی اگر شمار نوترونهای اتمهای یک عنصر متفاوت باشد. شناخت این اجزا چه چیزی دربارهٔ خود آب به ما می‌گوید؟
برای ادامهٔ پرسش دربارهٔ آب، می‌توان سراغ «مولکول» و «ایزوتوپ» رفت. مولکول کمک میکند مجموعه‌ای را بشناسیم که اتمها با پیوند به هم می‌سازند. ایزوتوپ تفاوت شمار نوترون‌ها را میان اتمهای یک عنصر نشان میدهد. حالا پرسش تازه این است: وقتی اتمهای هیدروژن و اکسیژن پیوند می‌خورند، مجموعهٔ آن‌ها چه ویژگی‌هایی پیدا میکند؟
پرسش‌های متداول درباره‌ی اتم
اتم چیست و از چه ذراتی ساخته شده است؟
اتم کوچکترین ذرهای است که هنوز هویت یک عنصر شیمیایی را حفظ میکند. در اتم خنثی، پروتونهای مثبت در هستهاند و الکترونها اطراف هسته قرار دارند. هستهٔ بسیاری از اتمها نوترون هم دارد؛ اما هستهٔ هیدروژنِ رایج نوترون ندارد.
عدد اتمی با عدد جرمی چه تفاوتی دارد؟
عدد اتمی شمار پروتونهای هسته است و هویت عنصر را مشخص میکند. عدد جرمی مجموع شمار پروتونها و نوترونهای هستهٔ یک اتم است.
اتم چه فرقی با مولکول دارد؟
اتم یک واحد از یک عنصر است، اما مولکول از اتمهای پیوندخورده تشکیل میشود. هر مولکول آب از دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن ساخته شده است.
آیا همهٔ اتمها نوترون دارند؟
خیر. اتم هیدروژنِ رایج در هستهٔ خود یک پروتون دارد، اما نوترون ندارد.
آیا الکترونها در مدارهای دایرهای دقیق حرکت میکنند؟
دایرههای دور هسته بخشی از تصویرهای سادهشدهٔ آموزشیاند. در مدل امروزی، ابر الکترونی ناحیهای را نشان میدهد که یافتن الکترون در آن محتمل است، نه مسیر دقیق حرکتش را.
ایزوتوپها چگونه اتمهای یک عنصر باقی میمانند؟
ایزوتوپهای یک عنصر شمار پروتونهای یکسانی دارند و به همین دلیل هویت عنصریشان ثابت است. شمار نوترونهایشان متفاوت است و در نتیجه عدد جرمی یکسانی ندارند.
منابع علمی
- Atom — IUPAC Gold Book
- Atomic number — IUPAC Gold Book
- Mass number — IUPAC Gold Book
- Isotopes — IUPAC Gold Book
- Lesson 4.1: Protons, Neutrons, and Electrons — American Chemical Society
- John Dalton and the Scientific Method — Science History Institute
- The Nobel Prize in Chemistry: The Development of Modern Chemistry — NobelPrize.org
- James Chadwick – Facts — NobelPrize.org
- The Interaction of Radio-Frequency Fields With Dielectric Materials at Macroscopic to Mesoscopic Scales — National Institute of Standards and Technology
- Hydrogen – Element information, properties and uses — Royal Society of Chemistry
- Carbon – Element information, properties and uses — Royal Society of Chemistry
- Oxygen – Element information, properties and uses — Royal Society of Chemistry
- Water — PubChem, National Center for Biotechnology Information
- It Is a Small, Small World — American Chemical Society
- Radioisotopes and Radiopharmaceuticals — International Atomic Energy Agency
دیدگاه‌ها
هنوز دیدگاهی ثبت نشده است؛ اولین نفری باشید که نظر میدهد.
ثبت دیدگاه
برای ارسال دیدگاه با شماره موبایل وارد شوید یا ثبتنام کنید.
ثبت دیدگاه
ثبت دیدگاه
برای ارسال دیدگاه با شماره موبایل وارد شوید یا ثبتنام کنید.
ثبت دیدگاه
برای ارسال دیدگاه با شماره موبایل وارد شوید یا ثبتنام کنید.