(قسمت اول از مجموعه ای در مورد چگونگی ارتباط مفاهیم در شیمی عمومی با شیمی آلی)

اگر قرار باشد در یک فاجعه، تمام دانش علمی از بین برود و فقط یک جمله به نسل بعدی مخلوقات منتقل شود، چه عبارتی بیشترین اطلاعات را با کمترین کلمه در بر خواهد داشت؟ من معتقدم که آن است فرضیه اتمی (یا واقعیت اتمی، یا هر چیزی که می خواهید آن را بنامید) که همه چیز از اتم ساخته شده است – ذرات کوچکی که در حرکت دائمی به اطراف حرکت می کنند، زمانی که کمی از هم فاصله دارند یکدیگر را جذب می کنند، اما پس از فشرده شدن در یکدیگر دفع می شوند. در آن یک جمله شما یک را خواهید دید عظیم مقداری از اطلاعات در مورد جهان، اگر فقط کمی تخیل و تفکر به کار گرفته شود.

-ریچارد فاینمن، سخنرانی های فاینمن در فیزیک

بیش از سیب نیوتن، یا E=mc2 انیشتین، یا حتی مارپیچ دوگانه واتسون و کریک، گردآوری جدول تناوبی دیمیتری مندلیف رای من به عنوان هیجان انگیزترین بینش علمی تمام دوران دارد. همانطور که در مجموعه بی بی سی “شیمی – تاریخ فرار” به طرز شگفت انگیزی توضیح داده شد، مندلیف اولین کسی بود که بین انبوه عناصر و ویژگی های آنها در قالب جدولی و تناوبی که امروز با آن آشنا هستیم ارتباط برقرار کرد. آن سهم خود را از حذف داشت – گازهای نجیب، برای اولین بار – اما برای اولین بار، تمام اجزای سازنده جهان به شکلی چیده شدند که نه تنها منطقی بود، بلکه پیش بینی هایی را در مورد خواص عناصر ناشناخته انجام داد.

یکی از چیزهای شگفت انگیز در مورد شیمی این است که تأثیر شدید تغییر عدد اتمی بر رفتار عناصر چقدر می تواند باشد. در نظر گرفتن:

• کربن – معمولاً به‌عنوان دوده یا زغال‌سنگ مواجه می‌شود، که این آخر هفته وقتی باربیکیویی را که برای مهمانی روز پنج‌شنبه روز کانادا استفاده می‌کردیم تمیز کردم، مجبور شدم با آن برخورد کنم.
• نیتروژن – جزء اصلی اتمسفر ما است که هر دقیقه یک لیتر از آن از بدن ما عبور می کند بدون اینکه اثری از خود باقی بگذارد.
• اکسیژن خون آتش سوزی و متابولیسم انسان است که بدون آن زندگی ما غیرممکن خواهد بود.
• فلوئور – ببر شیمی، بسیار خطرناک است که تعداد زیادی از شیمیدانان قرن نوزدهم را که برای اولین بار سعی کردند آن را جدا کنند، نابود کرد (و به عنوان گاز، در لیست کوتاه حدود شش ماده شیمیایی است که برای کار با MIT به مجوز ویژه نیاز دارید).
• نئون – دومین گاز سبک در بین گازهای نجیب. بخش (کوچکی) جو ما، هزاران سال است که از نئون تنفس می‌کنیم، اما تقریباً یک قرن پیش آن را کشف کردیم.

خواص این عناصر به قدری متفاوت است که به سختی می توان باور کرد که هر کدام نشان دهنده افزودن پی در پی یک پروتون به هسته یک اتم باشند. با این حال آنها انجام می دهند.

اجزای اتم

• پروتون ها – حامل بار مثبت هستند.
• نوترون ها – جرم مشابه پروتون، اما خنثی. شارژ همراه نداشته باشید.

پروتون ها و نوترون ها با هم نوکلئون نامیده می شوند، زیرا در هسته اتم ها وجود دارند.

سپس، در حاشیه اتم – برای یک اتم بیشتر فضای خالی، الکترون ها هستند. ذرات کوچک – 1/1840 جرم نوکلئون ها، حامل بار منفی هستند.

بارهای مخالف جذب می شوند، مانند دفع اتهامات. بنابراین در شرایط عادی، یک اتم خنثی است. هنگامی که یک اتم حامل بار است به آن یون می گویند. یون با بار مثبت (تعداد پروتون ها از الکترون ها بیشتر است) کاتیون و یون دارای بار منفی (الکترون ها از پروتون ها بیشتر است) آنیون نامیده می شود. یک “n” اضافی برای منفی وجود دارد – من همیشه آن را به یاد داشتم.

هر آنچه باید در مورد هسته ها در شیمی آلی بدانید

ویژگی تعیین کننده یک عنصر تعداد پروتون ها یا همان است عدد اتمی. هیدروژن یک پروتون و یک الکترون دارد. اگر الکترون را بردارید، هنوز هیدروژن است، اگرچه این مورد را کاتیون هیدروژن، یون هیدروژن یا معمولاً فقط “پروتون” می نامیم. کربن شش پروتون دارد. نیتروژن هفت. عناصر طبیعی به 92 می رسد، اما عناصر تا 118 ساخته و مطالعه شده اند.

• اگر تعداد پروتون‌ها و الکترون‌ها را ثابت نگه دارید، اما تعداد نوترون‌ها را تغییر دهید، چیزی را خواهید داشت که ما به آن اشاره می‌کنیم. ایزوتوپ ایزوتوپ ها دارای عدد اتمی یکسان اما وزن اتمی متفاوت هستند. دوتریوم (D) ایزوتوپ هیدروژن با یک پروتون و یک نوترون، برای جرم اتمی 2 است. تریتیوم (T) ایزوتوپ هیدروژن با دو نوترون، برای جرم اتمی 3. تریتیوم رادیواکتیو است – هسته ناپایدار – به آرامی تجزیه می شود و نیمه عمر آن حدود 10 سال است. ایزوتوپ ها (عملا) خواص شیمیایی یکسانی دارند و برای اهداف شیمی آلی سال دوم می توانید با آنها به گونه ای رفتار کنید که گویی دقیقاً یکسان رفتار می کنند. اگر در شیمی آلی ادامه دهید، متوجه می شوید که تفاوت های شیمیایی بسیار ظریف (و مفید!) بین آنها وجود دارد، اما من در این مرحله نگران آن نیستم. (اطلاعات اطلاعاتی – این تفاوت در رفتار همان چیزی است که فلوید لندیس را برای ارائه یک مثال برجسته کمک کرد).
• الف را تعریف می کنیم خال به عنوان مقدار ماده ای که حاوی تعداد “موجودات ابتدایی” (مانند اتم، مولکول، الکترون، یون) به تعداد اتم های موجود در 12 گرم کربن-12 است. این یک عدد بزرگ است: به طور دقیق 6.02 x 10^23.

• را اتمی وزن وزن 1 مول از نمونه طبیعی یک عنصر است. به عنوان مثال، از آنجایی که فراوانی طبیعی کربن-13 در حدود 1.1٪ نسبت به کربن-12 است، وقتی 6.02 x 10^23 اتم کربن عنصری طبیعی را بگیریم، وزن 12.011 گرم به دست می آید.
• هسته ها دارای خاصیتی به نام هستند چرخش، که وقتی در میدان مغناطیسی قرار می گیرند اهمیت پیدا می کند. این اساس یک تکنیک طیف‌سنجی مفید به نام است رزونانس مغناطیسی هسته ای که بعدا با آن آشنا خواهید شد. توضیح این پدیده بیشتر در حوزه فیزیک هسته ای است، بنابراین ما تمایل داریم که آنها را پنهان کنیم.

در شیمی آلی، هسته ها جایی نیستند که عمل انجام شود. ما تمایل داریم که هسته را بدیهی بدانیم. واقعاً خیلی تغییر نمی کند. عمل واقعی در الکترون ها است.

همانطور که خواهیم دید، در شیمی (به ویژه شیمی آلی)، مطالعه شیمی بیشتر در مورد مطالعه چگونگی جریان الکترون ها بین اتم ها است. اگر علم اقتصاد در مورد دنبال کردن جریان ارزها است، شیمی عمدتاً در مورد جریان الکترون ها است.

پست بعدی: از ژنرال شیمی تا شیمی آلی – الکترون ها و اوربیتال ها