علم شیمی در واقع مطالعه رابطه میان ساختار وخواص ماده است و ماده یعنی همه چیز. علم شیمی به تحقیق در باره تغییرات ماده نیز می پردازد مثلاًسوختن چوب یك تغییر كاملاًشناخته شده در ماده است وقتی چوب در اكسی c می سوزد كربن دی اكسید واب تولید می شود و به همراه ان انرژی به صورت گرما و نور بوجود می آید . بیشتر انچه كه درباره ی علم شیمی صورت می گیرد به تولید و مصرف انرc حاصل ازتغییرات شیمیایی مربوط می شود .

● چگالی

اندازه گیری علمی متداول دیگر چگالی است . چگالی مقدار جرم موجود در واحد حجم است . برای اندازه گیری چگالی یك جسم باید هم جرم جسم وهم حجم آن را اندازه گیری كنیم . حجم یك جسم جامد را می توانیم با ترازو اندازه كنیم . حجم یك جسم جامد را می توانیم به راه های گوناگون اندازه بگیریم . مثلاً برای بدست آوردن حجم یك مكعب اندازه یك ضلع ان را به توان ۳ می رسانیم . برای تعیین حجم یك مكعب اندازه یك ضلع آن را . طول – عرض و ارتفاع ان را در هم ضرب می كنیم . عرض وارتفاع صرفاً نا م های دیگری برای طول است . حجم یك مایع را می توانیم با ظروف شفاف مدرجی كه واحد های حجم را نشان می دهد اندازه بگیریم . در ازمایشگاه معمولاً برای اندازه كیری حجم مایعات از استوانه مدرجی استفاده می كنند . برای اندازه گیری چگالی مایعات و جامدات حجم معمولاً بر حسب سانتی متر مكعب اندازه گیری می شود در این صورت چگالی بر حسب گرم به سانتی متر مكعب بیان می شود . بنا بر این واحدهاییكه برای بیان چگالی به كار می رود واحدهای فرعی هستند كه چگالی را به صورت زیر می توان بیان كرد .

مردم گاهی می گویند سرب سنگین تر از پراست. اماد یك گونی بزرگ پر از پر سنگین تر از یك ساچمه سربی است . برای بیان دقیق باید بگوئیم چگالی سرب بیشتر از چگالی پر است . تغییرات دما سبب تغحم جسم می شود بنا بر این با تغییر دما چگالی یك ماده تغییر می كند .

● اندازه گیری تغییرات انر ژی

گرما سنج وسیله ای است كه برای اندازه گیری گر مای آزاد شده یا جذب شده در تغییرات فیزیكی و شیمیایی به كار می رود چند نوع گرما سنج وجود دارد . غالباً برای اندازه گیری گرمای ازاد شده یا گرمای جذب شده در یك واكنش شیمیایی از نوع گرما سنج حاوی آب استفاده می شود .گرمای حاصل از واكنش شیمیایی در اتاقك گرما سنج سبب تغییر دمای آب موجود در گرما سنج می شود . تغییر دمای آب برای اندازه گیری گرمای جذب شده یا آزاد شده در واكنش به كار می رود.

● انرژی

تغییرات فیزیكی و شیمیایی همیشه با انتقال انرژی بین یك سیستم و محیط آن همراه است خواه بصورت كار باشد یا بصورت گرما . انرژی بر حسب ژول اندازه گیری می شود در وا كنش گرما گیر انرژی جذب و در واكنش گرما زا انرژی آزاد می شود . در گرمای ویژه یك ماده خالص مقدار گرمایی است كه دمای g از آن ماده را سانتی گراد بالا ببرد گرمای ویژه ی آب j۱g ۴.۱۸۴ است . انرژی انتقال یافته به هنگام تغییر دمای ماده با معادله (Cp) ( ) (m) =g محاسبه می شود.

● ساختار سلولی اتم

در كوشش هایی كه برای بهبود مدل اتمی به عمل می آورید خواهید دید كه مرز بین ماده و انرژی زیاد روشن نیست . معلوم شده است كه انرژی تابشی بسیاری از خواص ذرات را دارد و ذرات كوچك ماده نیز ویژگی های حركت موجی از خود آشكار

می سازد.

● اندازه حركت

حاصلضرب جرم در سرعت یك جسم اندازه حركت ان جسم است كه معادله آن به صورت MV=P است . M جرم Vسرعت وp نماد اندازه حركت است . توجه كنید كه سرعت نه تنها تندی بلكه جهت حرك را نیز شامل می شود زیرا سرعت یك كمیت برداری است .

● تئوری كوانتومی

لحضه ای در باره ی رفتار شیمیایی گاز نئونبا عدد اتمی ۱۰ وفلز سدیم با عدد اتمی ۱۱بیندیشید . گاز نئون با آب یا با اكسیژن هوا واكنش نمی دهدولی فلز سدیم با آب وهمچنین اكسی..ن هوا به شدت واكنش می دهد . رفتار اتم سدیم تغییر یافته بر اثرواكنش شیمیایی بیشتر به گاز نئون شباهت دارد تا به فلز سدیم . كلید فهم این رفتار در این واقعیت نهفته است كه رفتار شیمیایی یك اتم از روی تعداد و آرایش الكترونها دراطراف هسته اتم تعیین می شود . تعداد و آرایش الكترونها در سدیمی كه دچار تغییر شیمیایی شده مانند نئون است . بنا براین ادامه اصلاح فهم ما از ساختار اتمی حائز اهمیت است .

● هیدرات ها

مواد مركب بسیاری وجود دارند كه از یك محلول آبی متبلور می شوند و به هنگام تبلور تعدادی ملوكول آب به یونها یا مو لكول های آنها می چسبند و جزئی از بلور

می شوند . این مواد را هیدرات می نامند . معمولاًدر هیدرات ها مقدار آب به مقدار مادهی مركب خاصی دارد . برای نوشتن فرمول هید راتها تعداد مولكولهای آب متصل به ماده مركب را به دنبال فرمول عادی ماده مركب پس از گذاشتن یك نقطه می نویسد . مثلاً ۵H۲O . ۴cuso فرمول هیدرات مس (I I) سولفات پنج مولوكول آب دارد . نام این ماده مركب مس (I I) سولفات پنتاهیدرات است .

نام این گونه مواد مركب درست مانند مواد مركب معمولی است با این تفاوت كه عده ی مولوكولهای آب را شامل می شود یعنی بدنبال نام معمولی واژه ی هیدرات با پیشوندی می آید كه نسبت به مولی آب و ماده مركب را مشخص میكند .

● شعاع اتم

چنان چه به جدول تناوبی از بالا به پایین نگاه كنیم هر تناوب عدد كوانتومی اصلی جدید و بالاتر را نشان می دهد با افزایش عدد كوانتومی اصلی اندازه ابرالكترونی افزایش می یابد . بنا بر این اندازه اتم ها در هر گروه از بالا به پایین در جدول افزایش می یابد . شیمیدانان را با شعاع آنها بیان می كند . شعاع یك اتم بدون توجه به اتم های اطراف آن شعاع اتمی نامیده می شود . در طول جدول تناوبی عدد كوانتومی اصلی تمام اتم ها در یك تناوب یكسان است . با توجه به این موضوع ممكن است انتظار داشه باشید كه تمام اتم ها در یك تناوب دارای اندازه مشابهی باشند . اما بار مثبت هسته در یك تناوب برای هر عنصر نسبت به عنصر قبلی به اندازه یك پروتون افزایش می یاند . در نتیجه ابر الكترون بیرونی اندكی بیشتر به سمت هسته كشید. می شود از این رو اندازه اتم ها عمدتاً از چپ به راست در طول یك تناوب اندكی كاهش می یابد.

● شعاع های یون ها

به طور كلی وقتی اتم ها با یكدیگر متحد می شوند وماده مركب تشكیل میدهند این ماده این ماده مركب از اتم های مجزا پدیدارتر است . واكنش بین سدیم و كلر را در نظر بگیرید . اتصال الكترون بیرونی S ۳ را در اتم سدیم سست است . وقتی اتم های كلر و سدیم با هم واكنش میدهند اتم كلر الكترون بیرونی بیرونی اتم سدیم را می گیرد . یون سدیم به دست آمده اكنون یازده پروتون وده الكترون دارد بنا بر این بارآن ۱+ است . دو دلیل وجود دارد كه كه چرا یون سدیم كوچكتر از اتم سدیم است نخست این كه هسته ی بار دار مثبت تعداد الكترونهای كمتری را جذب

می كند دوم اینكه با جدا شدن الكترون ۳S یون حاصل اكنون دورتر از الكترونی دارد در حالی كه در اتم سدیم سه تراز الكترونی وجود داشت . یون سدیم تراز بیرونی جدیدی ( ۶P۳ S۲۲ ) دارد كه همانند تراز بیرونی گاز بخیت نئون است . یاد آور

می شود كه آرایش الكترونی گاز بخیت پلیداری خاصی دارد زیرا در گازهای بخیت تراز انرژی بیرونی كامل است.

● تمایلات واكنشها

می دانیم كه وقتی اتم ها تركیبات شیمیایی تشكیل می دهند پاره ای از آنها تمایل دارند الكترون از دست بدهند وبه یون مثبت تبدیل می شوند. در حالی كه پاره ی دیگر تمایل به گرفتن الكترون وتشكیل یون منفی دارند صیر واكنشها وخواص محصولات به طور عمده به تمایلات اتم های واكنش دهنده برای بدست آوردن یا از دست دادن الكترون بستگی دارد .اكنون می خواهیم ماهیت تناوبی این تمایلات اتمی را برسی كنیم در فصل های بعد جاذبه یك اتم نسبت به الكترون ها را بعنوان عامل تعیین كننده در نوع پیوندی كه بین اتم ها در یك مادهی مركب تشكیل میشود برسی خواهیم كرد.

● انرژی نخستین یونش

انرژی لازم برای جدا كردن یك الكترون از یك اتم می نامیم . مدلی كه از اتم ارائه دادیم تا حدی روی اندازه گیری انرژی برای جدا كردن سست كردن الكترون از یك اتم توسعه یافته است . این انرژی انرژی نخستین یونش ان عنصر نامیده می شود و برحسب كیلوژول برمول (KJ/MOL)اندازه گیری می شود.انرژی نخستین یونش هشتادوهفت عنصر در شكل ۶ ۱۰ به صورت نمودار نشان داده شده است. توجه كنید كه انرژی نخستین یونش مانند بسیاری از خواص دیگر عناصر یك خاصیت تناوبی است . در واقع انرژی های نسبی نخستین یونش دو عنصر را می توان با توجه به مكان های آنهادر جدول تناوبی پیش گویی كرد به طور كلی انرژی نخستین یونش در هر ردیف افقی یا تناوب با افزایش عدد افقی افزایش می یابد درهرستون یا گروه انرژی نخستین یونش با افزایش عدد اتمی به تدریج كاهش می یابد . برای مثال به كاهش تدریجی انرژی نخستین یونش در خوانوار فلزات قلیایی از لیتیم تا توجه كنید همین نظام در خانواده گازهای بخیت مشاهده می شود .

● انرژی های یونش چند گانه

با جدا شدن الكترون های بیشتری از یك اتم می توانیم سایر انرژی های یونش یك اتم را اندازه بگیریم . این اندازه گیری ها همان مدركی ی را برای ساختار اتم بدست

می دهند كه با انرژی نخستین بدست آوریم برای مثال انرژی دومین یونش آلمینیوم حدود ۳ برابر انرژی نخستین یونش آن است . انرژی سومین یونش حدود یك و نیم برابر انرژی دومین یونش است . الكترونهای دوم و سوم هردو در یك تراز فرعی هستند با این همه انرژی یونش الكترون سوم بیشتر است زیرا با برداشتن الكترون ها بار مثبت هسته ثابت می ماند در نتیجه الكترون های باقی مانده در اتم آلمینیوم اتصال محكم تری پیدا می كند . انرژی چهارمین یونش حدود چهار برابر یونش سوم است.