ساختار ماده

http://www.ParticleAdventure.com
اگر مي خواهيد در ارتباط با ساختار ماده تاريخچه به خصوص نظريات جديد در ارتباط با ساختار ماده اطلاعات كوتاه و مفيدي به دست آوريد به اين پايگاه مراجعه كنيد بعد از انتخاب start here در صفحه بعد دو سوال اساسي كه "جهان از چه ساخته شده است؟" و "چه چيزي مواد را در كنار هم نگه مي دارد؟" مطرح مي شود در سمت چپ (Home Glossarg) سوال هاي مطرح در زمينه ساختار ماده را به صورت فهرستي مشاهده مي كنيد با نگه داشتن نشان گر روي هر موضوع از اين فهرست پنجره اي كه حاوي زير موضوع هاي مربوط است باز مي شود كه با انتخاب آن مي توانيد اطلاعات مفيد راجع به موضوع مورد نظر (به زبان انگليسي) به دست آوريد.

www.Sciencemuseum.org.uk/on-line/electron
در صفحه اصلي قسمت هاي مختلف از جمله "در مورد الكترون"،" كشف هاي سال 1897 " و ... مشاهده مي شود با انتخاب هر قسمت توضيحاتي را مشاهده مي كنيد. با انتخاب seeing with electrons صفحه اي باز مي شود كه مقالات مختلفي را معرفي مي كند با هر مقاله عكس (هلي) كه جالب همراه مي باشد.

www.insideout.rigb.org/ri/elements/inside/index.html
در اين سايت توضيحات مختلفي درباره ساختار ماده و تاريخچه اتم (نظرات دموكريت و ....) مشاهده مي كنيد در قسمت !WIN A PRIZE  آزموني برگزار مي شود شما يا دانش آموزانتان مي توانيد دراين آزمون شركت كنيد و موفق شويد.

www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/chemistry/classifyingmaterials/atomic_structure1rev2.shtml
در صفحه اي كه باز مي شود Early ideas about atoms را انتخاب كنيد. توضيحات مفصل و خوبي در مورد نظرات دالتون مشاهده مي كنيد. كه به دنبال آن ساختار اتمي ماده نيز بيان مي شود. اگر دوست داريد دانش خود را در ارتباط با جدول تناوبي عناصر ارزيابي كنيد قسمت Hot link را انتخاب كنيد.

www.chemistry.webhop.org
در صفحه اي كه بازمي شود فهرستي از موضوعات مربوط به شيمي مشاهده مي شود در اولين قسمت introduction to chemistry قسمت اول درباره ساختار اتم (Structure Of Atom) را انتخاب كنيد تا توضيحاتي در مورد ساختمان اتم ها، نماد هاي شيميايي، فرمول شيميايي و ظرفيت و واكنشهاي شيميايي پيدا كنيد.

www.alevelchemistry.co.uk/Module_1/atomic_structure.htm
دراين پايگاه پودمان (module) هاي مختلف ارائه مي شود كه در سمت چپ اولين صفحه قابل مشاهده است. در اولين پودمان در فهرست ارائه شده قسمت 101 درارتباط با ساختار اتم است، قسمت 103 شكل هاي مولكول ها و 104 اندازه اتم. دراين سايت پرسش هايي(Questions) در ارتباط با قسمت هاي مختلف وجود دارد.
 

دموكريت سخن مي گويد
 

 در حدود 400 سال پيش از ميلاد، دموكريت عقيده خود را درباره ي ساختار ماده بيان كرد، اما بيشتر مردم به آن معتقد نبودند.

عنصرها به ذرات كوچك تر شكافته مي شوند

تصويري از اتم هاي طلا

اين تصويري است با رنگ هاي مصنوعي از خوشه اي از اتم هاي طلا.اتم هاي طلا در اين شكل با رنگ هاي زرد ، نارنجي و قرمز مشخص شده اند. اين تصوير به وسيله تكنيكي كه Scanning tunneling microscopy ناميده مي شود تهيه شده است.اين اتم ها بر روي سطحي از اتم هاي كربن (سبز رنگ)قرار دارند.اين عقيده كه همه چيز از اتم ساخته شده است ، 2000 سال پيش مطرح گرديد اما تنها در چند دهه ي اخير تهيه ي تصويرهايي از اتم مقدور شده است.

اتميوم علامت نمايشگاه بين المللي بروكسل

اتميوم Atomiom ،علامت نمايشگاه  بين المللي بروكسل در سال 1958 ،كه ارتفاع آن 110 متر است و ساختمان اتمي آهن را نمايش مي دهد

نشانه

سطح سؤال

تعداد

سنجش اطلاعات ساده و پيچيده (فهميدن)

2

*

به كار بردن مفاهيم در موقعيت جديد (تفسير)

0

**

تجزيه و تحليل، تركيب مفاهيم (حل مسأله)

0

تهيه پوستر از يك نظريه در مورد ساختار ماده
از دانش آموزان بخواهيد نظريه هاي دالتون يا دموكريت درارتباط با ساختار ماده را به تصوير بكشند. طرح، نقاشي، كاريكاتور و ...... را ارائه دهند كه حاوي نظريه هاي نظريه پرداز مورد نظر باشد.

شروع تدريس ساختار ماده
براي شروع درس ساختار ماده مي توان به تاريخچه تكاملي نظر بشر در مورد ساختار ماده اشاره كرد. براي اين كار روش هاي زير پيشنهاد مي شود.
1- مي توان كتاب هايي را به كلاس آورد كه به اين تاريخچه اشاره دارد. از هر گروه دانش آموزان بخواهيم تاريخچه و يا نظرهاي يك نظريه پرداز را بخوانند و آن گاه آن را به كلاس ارائه دهند. در اين زمينه مي توان به كتاب سرگذشت اتم از انتشارات سروش و يا اتم از مجموعه نگاهي به تاريخ علم انتشارات فاطمي ياد كرد.
2- مي توان نظر هر يك از نظريه پردازان را در برگ هايي همراه با عكس آن نظريه پرداز به گروه ها داد تا آن را بخوانند و به كلاس ارائه دهند.
3- مي توان صفحه 30 و 31 كتاب« سازه ها و نيروها» از مجموعه ي علم و عمل انتشارات مدرسه را در اختيار گروه ها قرار داد.
در اين روش به اين نكات دقت شود:
1- توجه دانش آموزان به سير تكاملي نظر بشر جلب گردد و به اين نكته تأكيد شود كه با آمدن هر نظريه ي جديد، نظريه هاي قديمي كاملا" نفي نمي شوند بلكه فراگيرتر و كامل تر مي شوند.
2- اهميت بحث و گفت و گوي علمي تأكيد شود. نماينده ي هر گروه دانش آموزان مي تواند با نماينده ي گروه ديگر بحث كند، نماينده هر گروه مي تواند جانشين نظريه پرداز اصلي تلقي شود.
3- بر اهميت كار دانشمندان قديمي و نقش انكار ناپذير آن ها در گسترش علم و فناوري امروزي تأكيد شود.
اين موضوع از هدف هاي نگرشي بسيار مهم است.
براي آن كه دانش آموزان خود را دوشادوش دانشمنداني ببينند كه درباره ي ساختار ماده انديشيده اند از آن ها بخواهيد در كنار بيان نظرات نظريه پردازان، نظر خود را نيز بيان كنند.

 

اطمينان از درك نظر دالتون
براي آن كه اطمينان پيدا كنيد دانش آموزان نظر دالتون در مورد ساختار ماده را به درستي متوجه شده اند، پرسش هاي زير را براي بحث يا كار گروهي در اختيار دانش آموزان قرار دهيد و يا از اين پرسش ها به عنوان ارزشيابي تكويني استفاده كنيد.

اگر شما با دالتون هم عقيده باشيد، پرسش هاي زير را چگونه پاسخ مي دهيد؟
1- آيا جرم همه اتم هاي آهن با هم مساوي است؟
2- آيا مي توان مس را به طلا تبديل كرد؟
3- آيا مي توان عنصرهاي تازه اي را در آزمايشگاه ساخت؟
دانش آموزان پس از فكر كردن و بحث علمي بايد به پاسخ هاي زير برسند:

1. بله، چون آهن يك عنصر است و مطابق نظر دالتون همه ي اتم هاي آهن جرمي برابر دارند.
2. خير، زيرا دو عنصر مس و طلا اتم هاي مختلفي دارند و نمي توان آن ها را به يك ديگر تبديل كرد.
3. خير، زيرا اتم ها نه به وجود مي آيند و نه از ميان مي روند. پس نمي توان اتمي را در آزمايشگاه ساخت.

دموكريت كه بود؟
 

دموكريت (Democrite) يا ذيمقراطيس (470- 357 ق . م) دانشمند يوناني است كه بخشي از زندگي خويش را در سير و سياحت در مصر گذرانيد. كتابي به نام دياكوسموس به دموكريت منسوب است كه در آن نظراتش را درباره ي ساختار ماده توضيح داده است. نظرات او به طور كلي بر شالوده ي متافيزيكي مسأله ذره گرايي استوار است. او هيچ گونه اشاره اي به چگونگي تركيب مواد گوناگون ندارد. مفهوم تركيب در آن زمان به معناي تبديل بود يعني تنها وجه كيفي مسأله مورد توجه بود و اين همان نكته اي است كه در دوره ي كيمياگري نيز مورد توجه بسيار قرار گرفته است.
از نظر دموكريت : اتم ها همانندند، تقسيم ناپذيرند و فشرده نمي شوند، آغاز و پايان ندارند. او براي تفاوت خواص ماده از اندازه، شكل و وزن اتم ها سخن مي گويد و تفاوت خواص را به شكل اتم ها نسبت مي دهد، به طور مثال مواد ترش اتم هاي لوزي شكل دارند.

دالتون كه بود؟

جان دالتون( John, Dalton) (1766-1844)– در خانواده اي تهيدست در انگلستان زاده شده. هيچ مقام دانشگاهي نداشت اما از سال 1799 به سخنراني هاي خصوصي پرداخت. وي در منچستر در گذشت. كشف پديده ي كور رنگي را به او نسبت مي دهند به همين دليل اين پديده دالتونيسم گفته مي شود.
دالتون نظريه اتمي خود را در سال هاي 1803 تا 1808 بر اساس مشاهدات تجربي و قانون مندي واكنش هاي شيميايي ارائه داد و همين تفاوت وي با ديگر نظريه پردازان اتمي است كه وي را در شمار دانشمندان بزرگ شيمي قرار مي دهد نظريه او مبتني بر چند اصل به شرح زير است:
1- عنصرها از ذرات فوق العاده ريزي به نام اتم تشكيل شده اند كليه اتم هاي يك عنصر يكسانند ولي اتم هاي عنصرهاي مختلف در جرم اندازه و ديگر ويژگي ها با يك ديگر فرق دارند.
2- اتم هاي يك عنصر نه نابود مي شوند و نه از نو به وجود مي آيند و هيچ اتمي از يك عنصر به اتم عنصر ديگر تبديل نمي شود. اما اتم ها در واكنش هاي شيميايي شركت مي كنند، به يك ديگر مي پيوندند يا از هم جدا مي شود.
3- يك تركيب شيميايي از به هم پيوستن اتم هاي دو يا چند عنصر پديد مي آيد. انواع اتم هاي شركت كننده در يك تركيب مشخص، همواره يكسانند و نسبت جرمي اين اتم ها نيز ثابت است.

آب، باد، خاك،آتش (عناصر اربعه)

فيلسوفان يونان معتقد بودند كه اشيـاي جهـان منشأ واحدي دارند، يعني صورت هاي گوناگون يك اصل(عنصر) واحدند كه آن را «مـاده اوليه» يا «مادة المواد»(Prima Materia) مي نـاميدند واژه ي عنصر(Element) از كلمه ي لاتين المنتوم(Elementum) گرفته شده است.
اين نظريه ها در حدود سال هاي 600 تا 300 ق. م نقطـه ي مقابل نظريه هـايي است كه اتم هـاي متنوع را عامل تشكيل ماده مي دانند.
امپدوكلس(Empedoklis) پزشك و فيلسوف يوناني(490 –435 ق. م) براي نخستين بار نظريه اي ارائه داد كه بر اساس آن اشياي جهان با وجود گوناگوني و تفاوت در محتوا، همگي منحصراً از چهار عنصر «خاك، آب ، هـوا و آتش» به وجود مي آيند.
ارسطو معتقـد بود كه مادة المواد تغيير نـاپذير است و مقدار آن همواره ثابت و منشأ همه ي مواد و اشيـاي جهـان است، وي براي مادة المواد چهار خاصيت در نظر گرفت كه دوبه دو به روي هم قرار مي گيرند و عناصر چهارگـانه را پديد مي آورند وي معتقد بود كه اين خاصيت ها جزو جدانشدني مادة المواد نبوده، بلكه قابل افزايش ويا كاهش هستند از اين رو چگونگي تغيير ماده را مي توانست توجيه كند. مثلا˝ در تبديل آب به بخـار معتقد بود كـه با گـرما دادن به آب از ميزان سردي آن كاسته شده در نتيجه به هوا (بخار) تبديل مي شود.

مدل اتمي- مدل اتمي رادرفورد

با پيشرفت روز افزون علم شيمي، نوآوري در ابزارها و گسترش روش هاي پيشرفته آزمايشگاهي شواهد و يافته هاي فراواني به دست آمد كه تفسير آنها بر اساس نظريه اتمي دالتون امكان پذير نبود.
شواهد بدست آمده مبني بر اين كه اتم ذره اي تجزيه پذير است و خود از ذره هاي ريزتر تشكيل شده است با نظريه اتمي دالتون سازگاري نداشت. به همين دليل تلاش براي بدست آوردن اطلاعات بيشتر و دقيق تر به عمل آمد تا امكان پيشنهاد نظريه جامع تري براي تفسير ساختار دروني اتم فراهم آيد.
واقعيت اين است كه بسياري از چيزها رانمي توان بطور مستقيم مشاهده كرد، اما با استفاده از شواهد غيرمستقيم مي توان به وجود آنها پي برد. براي نمونه هوا را با چشم نمي توان ديد اما با حركت دادن يك قطعه مقوا در مقابل صورت و يا حركت دادن بادبزن مي توان برخورد هوا به صورت را حس كرد و به وجود آن پي برد . همچنين اگر چه نمي توان اتم را با قويترين ميكروسكوپ ها ديد و از راز درون آن با خبر شد، اما مي توان از راه جمع آوري شواهد فراوان درباره خواص مواد واتم هاي سازنده آنها استنباط درست از اتم به دست آورد و مدلي را طراحي كرد كه به كمك آن بتوان ساختار اتم ها را نشان داد و بسياري ا ز خواص ماده را توجيه نمود. شيميدان ها براي نمايش اتم ها كه كوچكند و ديده نمي شوند از مدل استفاده مي كنند. يك مدل از نظر علمي، توصيفي است كه دانشمندان براي نمايش ويژگي هاي مهمي كه در صدد بيان آن هستند به كار مي بر ند. مدلي كه بر اساس آزمايش هاي رادرفورد در سال 1911 براي اتم پيشنهاد شده و در حال حاضر نيز به كار مي رود شامل يك هسته است كه در مركز اتم قرار دارد ودر اين هسته ذره هاي باردار با بار مثبت به نام پروتون وجود دارد. با توجه به اينكه اتم از نظر الكتريكي خنثي است فضاي اطراف هسته داراي ذره هايي با بار الكتريكي منفي است كه الكترون ناميده مي شود و در يك اتم تعداد آنها با تعداد پروتون ها برابر است. با توجه به اينكه قطر هسته اتم حدود 10000/1 قطر اتم است مي توان گفت كه قسمت اعظم اتم فضاي خالي است. ساده ترين هسته مربوط به اتم هيدروژن است كه تنها يك پروتون دارد. هسته ها ي ديگر افزون بر پروتون، ذره هاي ديگري به نام نوترون دارند كه جرم آن مشابه جرم پروتون است اما بارالكتريكي ندارد. الكترون نسبت به پروتون و نوترون خيلي سبكتر است (جرم الكترون 1836/1جرم پروتون مي باشد و به سرعت در فضاي اطراف هسته حركت مي كند. پروتون، نوترون، و الكترون را به عنوان ذره هاي زير اتمي مي شناسيم. )