الروابط الكيميائية
تعريف الروابط الكيميائية
أنواع الروابط
تعريف النواة الذرية
مكونات النواة الذرية :
الخصائص النووية:
تعريف الروابط الكيميائية
تعرف الرابطة بأنها القوة التي تؤدي إلى تماسك الذرات أو مجموعة من الذرات مع بعضها البعض.
أنواع الروابط
1- الرابطة الأيونية: ناتجة عن وجود رابطة أيونية بين عنصر معدني وعنصر أخر لا معدني.
2- الرابطة المشتركة: ناتجة عن وجود رابطة مشتركة بين عنصر لا معدني وعنصر أخر لا معدني أو شبه معدني.
3-الرابطة التساندية: ناتجة عن تقديم الزوج الإلكتروني الرابط بين الذرتين من قبل إحدى الذرتين فقط والأخرى تساهم بمدار فارغ.
4- الرابطة المعدنية: هي رابطة تربط ذرات المعادن مع بعضها بعضاً في البلورة الواحدة.
5- الرابطة الهيدروجينية: ناتجة عن وجود ذرة الهيدروجين بين ذرتين شديدتي الكهرسلبية وتكون مرتبطة مع إحدى الذرتين برابطة مشتركة قطبية وترتبط مع الذرة الأخرى برابطة هيدروجينية.
النواة الذرية
تعريف النواة الذرية
النواة الذرية هي كيان صغير الحجم في مركز الذرة. تحتل النواة حجمًا نصف قطره 1/100000 من حجم الذرة ، وتحتوي النواة على معظم (99.9٪) من كتلة الذرة. في وصف النواة ، سنصف تركيبها وحجمها وكثافتها والقوى التي تربطها ببعضها البعض. بعد وصف بنية النواة ، سننتقل إلى وصف بعض حدود الاستقرار النووي .
مكونات النواة الذرية :
تتكون النواة من البروتونات (الشحنة = +1 ؛ الكتلة = 1.007 وحدة كتلة ذرية (μ) ونيوترونات. يسمى عدد البروتونات في النواة بالرقم الذري Z ويحدد العنصر الكيميائي الذي تمثله النواة. العدد من النيوترونات في النواة يسمى عدد النيوترونات N ، في حين أن العدد الإجمالي للنيوترونات والبروتونات في النواة يشار إليه بالرقم الكتلي A ، حيث A = N + Z. يشار إلى النيوترونات والبروتونات مجتمعة بالنيوكليونات. يُشار إلى النواة التي تحتوي على N و Z معطى على أنها نوكليد. والنويدات التي لها نفس العدد الذري هي نظائر ، مثل 12 C و 14 C ، في حين أن النويدات التي لها نفس N ، مثل 14 C و 16 O ، تسمى isotones. النوى مثل 14 N و 14 C ، والتي لها نفس العدد الكتلي ، هي خطوط متساوية. يتم تحديد النيوكليدات من خلال تدوين مختصر يكتب فيه المرء ، أي لنواة بها 6 بروتونات و 8 نيوترونات ، يكتب أحدهم ، أو ، أو 14 درجة مئوية فقط. حجم النواة هو تقريبًا 1 إلى 10 × 10 15 م ، مع تمثيل نصف القطر النووي بدقة أكبر على أنه 1.2 × أ 1/3 × 10 15 م. يمكننا تقريب النواة على أنها كرة ، وبالتالي يمكننا حساب كثافتها
حيث 1.66 × 10 27 كجم هي كتلة النواة. وبالتالي فإن الكثافة النووية تبلغ حوالي 200000 طن / مم 3 وهي مستقلة عن A. تخيل مكعبًا يبلغ طول جانبه 1 مم. إذا كانت مليئة بالمادة النووية ، فستكون كتلتها حوالي 200000 طن. يوضح هذا الحساب الكثافة الهائلة للمادة / الطاقة في النوى ويعطي فكرة عن سبب تسبب الظواهر النووية في إطلاق كميات كبيرة من الطاقة.
من بين 6000 نوع من النوى التي يمكن أن توجد في الكون ، هناك حوالي 2700 معروفة ، لكن 270 منها فقط مستقرة. البقية مشعة ، أي أنها تتحلل تلقائيًا. القوة الدافعة وراء كل الانحلال الإشعاعي هي القدرة على إنتاج منتجات ذات ثبات أكبر مما كان لدى المرء في البداية. بعبارة أخرى ، يطلق الاضمحلال الإشعاعي طاقة وبسبب كثافة الطاقة العالية للنواة ، فإن إطلاق هذه الطاقة كبير. من الناحية النوعية ، نصف الانحلال الإشعاعي على أنه يحدث بثلاث طرق عامة: α - و β - و -تسوس. يحدث تحلل ألفا في العناصر الثقيلة ، ويتكون من انبعاث نواة 4 He. يحدث تحلل بيتا في النوى التي تختلف نسبة N / Z الخاصة بها عن تلك الموجودة في النواة المستقرة وتتكون من تحويل النيوترونات إلى بروتونات أو العكس لجعل النواة أكثر استقرارًا. يحدث انحلال جاما عندما تتخلص النوى المثارة من بعض أو كل طاقة الإثارة الخاصة بها عن طريق انبعاث الإشعاع الكهرومغناطيسي ، أو عن طريق النقل غير الإشعاعي للطاقة إلى الإلكترونات المدارية.
البروتونات والنيوترونات :
يجب أن تكون القوة المسؤولة عن تثبيت النيوترونات والبروتونات معًا داخل الحجم النووي الصغير جدًا قوية بشكل غير عادي. القوة النووية ، أو التفاعل القوي ، هي إحدى القوى الأساسية الأربعة للطبيعة (أي قوى الجاذبية ، والقوى الكهرومغناطيسية ، والقوى القوية ، والضعيفة). القوة النووية مستقلة عن الشحنة ، مما يعني أن القوة النووية بين بروتونين ، أو نيوترونين ، أو نيوترون وبروتون ، هي نفسها. القوة النووية قصيرة المدى ، مما يعني أنها تعمل على مسافة تتراوح بين 10 و 15 و 10 و 14 م ، وهذا هو حجم النوى. بالطبع القوة النووية جذابة لأنها تربط النوى في النواة. لكن بعض التجارب أظهرت أن القوة النووية لها "جوهر مثير للاشمئزاز" ، مما يعني أنه على مسافات قصيرة جدًا ، تتحول القوة من جذابة إلى مثيرة للاشمئزاز ، مما يمنع النواة من الانهيار على نفسها. القوة النووية هي قوة "تبادل" ناتجة عن التبادل الافتراضي للبيونات (جسيمات قصيرة العمر ذات دوران متكامل ، تنتج بشكل طبيعي في التفاعلات النووية) بين النوى المتفاعلة. في الآونة الأخيرة ، توصلنا إلى فهم القوة النووية باستخدام نظرية تسمى الديناميكا اللونية الكمومية (QCD) ، والتي تصف البروتونات والنيوترونات بأنها مكونة من كواركات. خاصه، يُنظر إلى البروتون على أنه مزيج من كواركين علويين (uu) وكوارك سفلي (د) ، في حين يُعتقد أن النيوترون يتكون من كوارك علوي واحد (u) واثنين من الكواركات السفلية (dd). الكواركات العلوية والسفلية عبارة عن جسيمات صغيرة بشحنات +2/3 و −1/3 على التوالي. تشكل الكواركات 2٪ تقريبًا من كتلة البروتون. تتكون بقية الكتلة من الغلوونات ، وهي الجسيمات المتبادلة بين الكواركات لربطها ببعضها البعض. للقوة المؤثرة بين الكواركات خاصية غير معتادة تتمثل في كونها صغيرة عندما تكون قريبة من بعضها ، وتزداد مع زيادة المسافة بينهما. وبسبب هذا ، لم يتم ملاحظة أي كواركات معزولة في الطبيعة. بينما يعتقد أن النيوترون يتكون من كوارك علوي واحد (u) واثنين من الكواركات السفلية (dd). الكواركات العلوية والسفلية عبارة عن جسيمات صغيرة بشحنات +2/3 و −1/3 على التوالي. تشكل الكواركات 2٪ تقريبًا من كتلة البروتون. تتكون بقية الكتلة من الغلوونات ، وهي الجسيمات المتبادلة بين الكواركات لربطها ببعضها البعض. للقوة المؤثرة بين الكواركات خاصية غير معتادة تتمثل في كونها صغيرة عندما تكون قريبة من بعضها ، وتزداد مع زيادة المسافة بينهما. وبسبب هذا ، لم يتم ملاحظة أي كواركات معزولة في الطبيعة. بينما يعتقد أن النيوترون يتكون من كوارك علوي واحد (u) واثنين من الكواركات السفلية (dd). الكواركات العلوية والسفلية عبارة عن جسيمات صغيرة بشحنات +2/3 و −1/3 على التوالي. تشكل الكواركات 2٪ تقريبًا من كتلة البروتون. تتكون بقية الكتلة من الغلوونات ، وهي الجسيمات المتبادلة بين الكواركات لربطها ببعضها البعض. للقوة المؤثرة بين الكواركات خاصية غير معتادة تتمثل في كونها صغيرة عندما تكون قريبة من بعضها ، وتزداد مع زيادة المسافة بينهما. وبسبب هذا ، لم يتم ملاحظة أي كواركات معزولة في الطبيعة. تتكون بقية الكتلة من الغلوونات ، وهي الجسيمات المتبادلة بين الكواركات لربطها ببعضها البعض. للقوة المؤثرة بين الكواركات خاصية غير معتادة تتمثل في كونها صغيرة عندما تكون قريبة من بعضها ، وتزداد مع زيادة المسافة بينهما. وبسبب هذا ، لم يتم ملاحظة أي كواركات معزولة في الطبيعة. تتكون بقية الكتلة من الغلوونات ، وهي الجسيمات المتبادلة بين الكواركات لربطها ببعضها البعض. للقوة المؤثرة بين الكواركات خاصية غير معتادة تتمثل في كونها صغيرة عندما تكون قريبة من بعضها ، وتزداد مع زيادة المسافة بينهما. وبسبب هذا ، لم يتم ملاحظة أي كواركات معزولة في الطبيعة.
الخصائص النووية:
في تشابه وثيق مع التركيب الذري ، نتحدث عن بنية نوى مختلفة. يمكن وصف العديد من الخصائص النووية باستخدام نموذج الغلاف النووي حيث يتم وضع النوكليونات في مدارات مثل الإلكترونات في الذرات. يتم التنبؤ بهذه المدارات وخصائصها من خلال تطبيق ميكانيكا الكم على مشكلة تحديد حالات النكليونات التي تتحرك تحت تأثير متوسط القوة في النواة. مثل الذرات ، هناك تكوينات معينة من النيوكليونات لها ثبات خاص ، على سبيل المثال ، ما يسمى بالأرقام السحرية أقرب إلى الخامل هياكل الغاز في الكيمياء. بالإضافة إلى تلك الخصائص النووية التي يتم وصفها بشكل أفضل من حيث نموذج الصدفة ، هناك خصائص أخرى يبدو أنه يمكن تفسيرها بشكل أفضل من خلال الحركة الجماعية واسعة النطاق لعدد من النكليونات. تؤدي هذه الحركات إلى دوران واهتزازات نووية ، والتي يصفها نموذج نووي جماعي.
تركز الأبحاث الحالية حول النوى وخصائصها والقوى التي تجمعها معًا على دراسة النوى في حدود الاستقرار. الفكرة الأساسية هي أنه عندما يدرس المرء النوى في ظل ظروف قاسية ، يكون عنده قدرة فريدة على اختبار النظريات والنماذج التي صُممت لوصف الخصائص "الطبيعية" للنواة. أحد حدود الاستقرار النووي هو الحد من ارتفاع Z ، أي أنه مع زيادة العدد الذري للنواة ، يصبح التنافر بين البروتونات النووية كبيرًا جدًا بحيث يتسبب في انشطار النواة تلقائيًا . إن المنافسة بين قوة كولوم الطاردة والقوة النووية المتماسكة هي ما يحدد حجم الجدول الدوري وعدد العناصر الكيميائية. يوجد في الوقت الحاضر 112 عنصرًا كيميائيًا معروفًا ، وقد تم تقديم أدلة على التوليف الناجح للعناصر ذات الأعداد الذرية 114 و 116.
الاستقرار النووي :
حد آخر للاستقرار النووي هو الحد الأقصى لنسبة النيوترون إلى البروتون ، N / Z. بالنسبة إلى نوى معينة غنية جدًا بالنيوترونات ، مثل 11 Li ، فقد لوحظ وجود بنية هالة غير عادية. في نوى الهالة ، يحيط "قلب" من النكليونات بـ "سحابة ضبابية ، هالة" من نيوكليونات التكافؤ التي تكون ضعيفة الارتباط وتمتد إلى مسافات كبيرة ، على غرار الإلكترونات المحيطة بالنواة في الذرة. نوى الهالة عبارة عن أجسام هشة وكبيرة نسبيًا وتتفاعل بسهولة مع النوى الأخرى (لها مقاطع عرضية محسّنة للتفاعل). نواة الهالة 11 Li والتي لها 9 يظهر قلب Li المحاط بهالة من نيوترونيين في الشكل 1. 11 Li يبلغ حجمها 208 Pb. 11 لي وغيرها
نواة الهالة ثنائية النيوترون هي أنظمة ثلاثية الأجسام (2 نيوترون و 9 نواة Li) ، والتي تشكل تحديًا خاصًا للمنظرين النوويين. إنها أيضًا أمثلة على أنظمة Borromean ، حيث لم تعد النواة مرتبطة إذا تمت إزالة أي من المكونات الثلاثة. (الاسم مشتق من الشعار الشعري لأمراء بوروميو في العصور الوسطى ، والذي يحتوي على ثلاث حلقات متشابكة بطريقة تجعل إزالة أي حلقة واحدة تنهار الآخرين.)
