ذرات زیراتمی
در فيزيك يا شيمي ذرات زيراتمي ذرات كوچكتر از يك اتم هستند. الکترون، پروتون و نوترون جزو اولين ذرات زيراتمي بودند كه خواص آنها بررسي شده است. در ادامه ما با آزمايشهاي مربوطه آشنا ميشويم.
پرتو كاتدي
پرتوهاي كاتدي در ابتدا در سال 1869 توسط هيترف (Johann Hittorf) مشاهده شدند و بعدا در سال 1876 به نام پرتوكاتدي توسط گلداشتاين (Eugen Goldstein) خوانده شدند. همانطور که شکل بعدی نیز نشان می دهد، پرتو کاتدی جریانی از الکترونهای آزاد است که از صفحه فلزی منفی کنده می شوند و به سمت صفحه مثبت جذب می شوند. بعدها بررسي پرتوهاي كاتدي توسط دانشمندي به نام تامسون منجر به كشف الکترون و نسبت بار به جرم الکترون شد.
توضیح شکل: نمایش شماتیک برای پرتو کاتدی
آزمايش قطره روغن ميليكان
ميليكان با مشاهده و بررسي قطرات روغن باردار و حركت آنها در بين صفحات باردار در دو حالت روشن و خاموش بار الکترون را بدست آورد.
توضیح شکل: شماتیک ساده شده آزمایش قطره روغن میلیکان (منبع: Wikipedia)
کشف پروتون
مفهوم وجود يك ذرهي بنيادي هيدروژن مانند به عنوان يكي از ذرات سازنده ساير اتمها در مدت زمان بلندمدتي شكل گرفته است. در سال 1815 ويليام پراوت بر اين اساس كه جرمهاي اتمي اوليه مضربي از جرم اتمي هيدروژن بودند، پيشنهاد نمود كه تمام اتمها از اتمهاي هيدروژن تشكيل شدهاند. اساس پراوت با يافتن جرمهاي اتمي دقيقتر رد شد.
در سال 1917 ارنست را درفورد اثبات كرد كه هستهي اتم هيدروژن در ديگر هستهها وجود دارد. او تحت تأثير نظريهي پراوت هستهي اتمهاي هيدروژن را جزء ذرات سازندهي اتمها در نظر گرفت. اين نتيجه به عنوان كشف پروتون در نظر گرفته می شود.
كشف نوترون
اختلاف بين عدد اتمي و عدد جرمي دانشمندان را مجبور به در نظر گرفتن ذرات خنثي در هسته اتم نمود. در سال 1932 جيمزچادويك پيشنهاد داد كه اين ذرات خنثي، ذرات بدون بار تقريباً هم جرم با پروتون هستند و آزمايشنهايي براي اثبات ادعاي خود انجام داد. اين ذرات نوترون ناميده شدند.
پرتو آندي
در آزمایش پرتو آندی دو صفحه فلزی درون یک حباب شیشه ای که درونش محتوی یک گاز بود، قرار داده شدند و به اختلاف ولتاژ زیادی متصل شدند. در نتیجه دو صفحه فلزی به شدت باردار شدند و میدان الکتریکی قوی در درون حباب شیشه ای تولید کردند. درون گاز بخاطر برخی پدیده های طبیعی مثل رادیو اکتیویته حاوی یون است. تحت اثر نیروهای الكتریكی ( جاذبه و دافعه با صفحات فلزی باردار) این یون ها سرعت می گیرند و انرژی جنبشی آنها زیاد می شود. این یون های پرانرژی با اتم های گازی شكل موجود برخورد خواهند كرد و در اثر برخورد ممكن است الكترون از اتم های گازی شكل كنده شده و یون های مثبت تولید شود. بعد از چنین برخوردهایی الكترون های تولیدشده به سمت صفحه مثبت و یون های مثبت تولیدشده به سمت صفحه منفی حركت خواهند كرد و سرعت خواهند گرفت و ممکن است مجددا در اثر برخورد باز هم یون تولید کنند. اگر صفحه منفی سوراخ دار باشد یون های مثبت می توانند از آن عبور كنند و در آن سوی صفحه جریانی از یون های مثبت یا پرتوآندی خواهیم داشت.
طيف سنج جرمي
دستگاه طيف سنج جرمي دستگاهي است كه براي اندازهگيري جرم اتمها و مولكولها به كار ميرود. همچنين ميتوان از آن براي شناسايي مولكولها با اندازهگيري جرمشان استفاده كرد. دستگاه طيف سنج جرمي بر اين اساس كار ميكند كه آهنرباها به ذرات باردار در حال حركت نيرو وارد ميكنند و باعث انحراف آنها از مسير اوليهشان ميشوند. مقدار انحراف با بار ذره رابطهي مستقيم دارد و با جرم ذره رابطهي معكوس، بنابراين اندازهگيري مقدار انحراف در تركيب با روابط فيزيكي مربوط ميتواند نسبت بار به جرم ذرات و در نهايت جرم ذره را نتيجه دهد.
شرط وارد
شدن نیروی
مغناطیسی به
ذره و منحرف كردن
آن باردار
بودن ذره و در
حال حركت بودن
آن است. برای
باردار كردن
ذره یا تولید
ذرات باردار یک
روش می تواند
بدین صورت
باشد که ابتدا
ماده را به
حالت بخار در
می آوریم و
سپس توسط
بمباران با 
های
پرانرژی از
ذرات بخار
الكترون بكَنیم.
برای حركت
كردن آنها
ذرات باردار
را تحت تاثیر
صفحات
الكتریكی قرار
می دهیم تا
تحت اثر نیروی
الكتریكی در
راستای مسیر
حركت ذره سرعت
آنها افزایش
یابد. در
نهایت آنها را
از یک آهنربا
عبور می دهیم
و انحراف آنها
را اندازه
گیری می کنیم. از
آنجایی كه در
بمباران
معمولاً یك
الكترون كنده
می شود، بار
ذره به اندازه
ی بار یك پروتون
یا الكترون و
معلوم خواهد
بود. بنابراین
با معلوم بودن
بار و بدست
آوردن نسبت
بار به جرم از
روی مقدار
انحراف و
روابط فیزیكی
مربوطه می
توان در نهایت
جرم ذره را
بدست آورد.
شکل بعدی نحوه
عملکرد یک دستگاه
طیف سنج جرمی
نمونه را
بصورت شماتیک
نشان میدهد.
توضیح شکل: نحوه عملکرد یک دستگاه طیف سنج جرمی نمونه
مثال: انحراف كدام يك از يونهاي زير در يك دستگاه طيف سنج جرمي بيشتر خواهد بود؟
الف) 
ب) 
ج) 
د) 
حل:
یونی که نسبت بار به جرم بزرگتری دارد. پس جواب گزینه (د) است.
*****
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
**************************************************
سایت: www.youngchemist.com
مولف: محمد شاهی
نظرات، پیشنهادات و انتقادات: chemistry.shahi@gmail.com
**************************************************
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||