در اینجا چیزی است که من آن را خلاصه یک جمله شیمی می نامم. اگر فقط یک چیز در مورد شیمی یاد گرفتید، این را یاد بگیرید.
«بارهای مخالف جذب می‌شوند، مانند دفع اتهامات».
در چند پست بعدی به جزئیات بیشتری خواهیم پرداخت، اما اجازه دهید با فکر کردن به چند نمونه شروع کنیم.
- بارهای مثبت بارهای منفی را جذب می کنند – دو مثال در اینجا. به الکترونی با بار منفی فکر کنید که به دور هسته با بار مثبت می چرخد. یا کلرید سدیم که از یون های سدیم با بار مثبت تشکیل شده است که با یون های کلر با بار منفی کنار هم قرار می گیرند. مثبت، منفی را جذب می کند. بررسی.
- بارهای منفی بارهای منفی را دفع می کنند. ممکن است به یاد داشته باشید که شکل یک مولکول به تعداد پیوندها/جفت الکترون ها در اطراف یک اتم بستگی دارد. به عنوان مثال چرا آب خم شده است؟ دلیلش این است که جفت‌های تک اکسیژن هر کدام فضا را اشغال می‌کنند و جفت‌های الکترون دفع کردن تا زمانی که حداکثر فاصله را از هم داشته باشند. همچنین به همین دلیل است که مولکولی مانند متان چهار وجهی است و مربع مسطح نیست.
- بارهای مثبت بارهای مثبت را دفع می کنند. در اینجا فکر کردن به مثال‌ها سخت‌تر است، اما در اینجا یکی است. افزودن یک پروتون به آب برای دادن نسبتاً آسان است [H3O]+، اما بسیار پروتونه کردن آن دشوار است [H4O]2+ به دلیل دافعه.
این آخرین مورد عجیب به نظر می رسد. اگه درست کردنش خیلی سخته [H4O]2+، برای مثال، چگونه است که هسته در کنار هم قرار می گیرد، زیرا اساساً از پروتون هایی با بار مثبت با چند نوترون پرتاب شده تشکیل شده است؟ به خصوص وقتی در نظر بگیرید که این بارهای مثبت در چنین فاصله کوتاهی توزیع می شوند، عجیب است.
بیایید یک قدم به عقب برگردیم تا به تصویر واقعا بزرگ نگاه کنیم تا متوجه شویم.
تصویر واقعا بزرگ
فیزیکدانان چهار نیروی اساسی را در طبیعت شناسایی کرده اند که مسئول تمام پدیده هایی هستند که مشاهده می کنیم. آن ها هستند
- گرانش، که در برد طولانی عمل می کند و جذاب است (اما ضعیف)
- الکترومغناطیس – مسئول رفتار میدان های الکتریکی و مغناطیسی است.
- نیروی هسته ای ضعیف، مسئول انواع خاصی از واپاشی هسته ای (زمانی که یک نوترون به یک پروتون و یک الکترون تجزیه می شود، این نیروی هسته ای ضعیف در کار است).
- و سپس به نیروی هسته ای قوی می رسیم که در برد بسیار کوتاه عمل می کند و جذاب است.
نیروها از نظر قدرت در مرتبه های بسیار زیادی متفاوت هستند (به ویژه جذب نیروی گرانشی بسیار ضعیف برای تطبیق با یک نظریه همه چیز، دهه هاست که فیزیکدانان را دیوانه کرده است).
دو مشاهده:
شیمی عمدتاً در مورد الکترومغناطیس است . مطالعه شیمی عمدتاً مطالعه الکترون ها و چگونگی جریان آنها بین اتم ها است. در شیمی، ما اساساً فقط به الکترون‌ها و هسته‌ها به عنوان بارهای نقطه‌ای نگاه می‌کنیم و پیوندهای شیمیایی ایجاد شده بین آنها را به‌عنوان پدیده‌های الکترواستاتیکی در نظر می‌گیریم. علاوه بر این، میدان‌های الکترومغناطیسی همراه با این بارها می‌توانند با تابش با طول‌موج در سراسر طیف الکترومغناطیسی برهمکنش داشته باشند، و باعث ایجاد طیف گسترده‌ای از تکنیک‌های طیف‌سنجی که ما برای کمک به ارائه سرنخ‌هایی درباره ساختار اتم‌ها و مولکول‌ها توسعه داده‌ایم، می‌شود.
در مورد نیروهای دیگر در شیمی چطور؟ گرانش بی ربط است – در مقایسه با نیروی الکترومغناطیسی، در اصل یک خطای گرد کردن در 30 رقم اعشار است. نیروی هسته ای ضعیف نیز چندان مورد توجه قرار نمی گیرد، به خصوص وقتی صحبت از شیمی آلی گوشت و سیب زمینی می شود که ما در مورد آن صحبت خواهیم کرد. در مورد نیروی هسته ای قوی چطور؟ این یک – و تنها یک – نقش مهم در شیمی دارد که ما در مورد آن صحبت خواهیم کرد، و بس.
چه چیزی هسته را کنار هم نگه می دارد؟ نیروی هسته ای قوی در برد بسیار کوتاه، قوی تر از دافعه الکترواستاتیکی است و اجازه می دهد تا پروتون ها در یک هسته به هم بچسبند حتی اگر بارهای آنها یکدیگر را دفع کنند. به یاد داشته باشید که اندازه هسته در مقایسه با اندازه یک اتم واقعا کوچک است. از آنجایی که فقط در فواصل قابل مقایسه با قطر یک اتم عمل می کند، در فواصل طولانی تر احساس نمی شود، و برای اهداف شیمی، ما آن را نادیده می گیریم.
وقتی صحبت از نیروی قوی می شود، یک نقطه سربه سر وجود دارد. فیزیکدانان مشاهده کرده اند که با افزودن نوکلئون ها به آهن 56، هسته به طور فزاینده ای پایدارتر می شود. سپس با اضافه شدن پروتون های متوالی، هسته بیشتر و بیشتر می شود ناپایدار، به دلیل دافعه الکترواستاتیکی که بیشتر از نیروی جاذبه هسته ای است. هنگامی که به اعداد اتمی واقعاً بالایی رسیدید، هسته ناپایدار می شود و می تواند به اجزای کوچکتر و پایدارتر تقسیم شود. این اساس شکافت هسته ای است یا اینکه چرا اورانیوم (عدد اتمی 92) و پلوتونیوم (شماره اتمی 94) برای انرژی اتمی (و سلاح های هسته ای) استفاده می شود. بنابراین در یک فاصله به اندازه کافی بزرگ، محدودیتی برای مقدار بار مثبت وجود دارد که می توانید بدون ایجاد ناپایدار شدن هسته در هسته قرار دهید. به همین دلیل است که من انتظار ندارم به این زودی چیز زیادی در مورد شیمی عناصر g-block بخوانم.