;
    در حال پالایش مطالب میباشیم تا اطلاع ثانوی مطلب قرار نخواهد گرفت.
    توجه : تمامی مطالب این سایت از سایت های دیگر جمع آوری شده است. در صورت مشاهده مطالب مغایر قوانین جمهوری اسلامی ایران یا عدم رضایت مدیر سایت مطالب کپی شده توسط ایدی موجود در بخش تماس با ما بالای سایت یا ساماندهی به ما اطلاع داده تا مطلب و سایت شما کاملا از لیست و سایت حذف شود. به امید ظهور مهدی (ع).

    مواد موجود در جهان هستی تقریبا از چند نوع اتم ساخته شده اند

    1 بازدید

    مواد موجود در جهان هستی تقریبا از چند نوع اتم ساخته شده اند را از سایت نکس درجه دریافت کنید.

    جهان هستی از چه چیزی ساخته شده است؟

    جهان هستی از چه چیزی ساخته شده است؟

    گفته می‌شود که بخش زیادی از قسمت مادی و غیر انرژیک جهان هستی از ماده‌ی تاریک ساخته شده است. ماده‌ی تاریک شاید رازآلودترین چالش پیش روی فیزیک دانان در ۱۰۰ سال اخیر بوده است. ماده‌ای که هنوز نیز به ماهیت و چیستی وجود آن پی برده نشده است. در این گزارش به بررسی مفصلی از ماده‌ی تاریک و تاریخچه‌ی آن و نیز تلاش های دانشمندان برای کشف و شناسایی این ماده می پردازیم.

    ما تنها در مورد بخش کوچکی از ماده در جهان می‌دانیم. بقیه‌ی کاینات را تنها یک ماده‌ی مرموز تشکیل داده که با عنوان ماده‌ی تاریک شناخته می‌شود. اگر یک موجود فراجهانی با استفاده از یک واقعیت موازی موفق به دیدار از جهان ما شود، به احتمال زیاد آنها حتی پی نخواهند برد ما در این جهان وجود داریم.

    به بیانی واضح تر، جهان بسیار بزرگ است و سیاره‌ی ما مانند نقطه‌ی آبی کمرنگ بسیار کوچکی به شمار می‌رود. اما نکته‌ی بدتر از این هم وجود دارد؛ اینکه فراجهانی‌ها حتی ممکن است متوجه هیچ یک از ستاره‌ها و سیاراتی که پیرامون آنها در گردش هستند نیز نشوند. آنها حتی احتمال دارد، به وجود ابرهای وسیعی از گرد و غبار که از طریق فضا در کیهان شناور هستند نیز پی نبرند.

    همه‌ی این پدیده های آشنا در واقع تنها کسری از ماده‌ی موجود در جهان ما را شامل می‌شود. بقیه‌ی جهان از چیز دیگری ساخته شده است. ماده‌ای که هیچ کسی روی سیاره‌ی زمین تا به حال آن را ندیده است.

    اگر بخواهیم از یک نام بهتر استفاده کنیم، باید اشاره کنیم که فیزیکدانان این پدیده را «ماده تاریک» نامیده‌اند. اگر آن ماده در کل کیهان وجود نداشته باشد، در آن صورت کهکشان‌ها از هم گسسته شده و هر کدام به سویی پرتاب خواهند شد. در حال حاضر هیچکس نمی‌داند که ماهیت و چیستی آن به طور دقیق چگونه است، اما فیزیکدانان به شدت به دنبال یافتن آن هستند.

    چگونه جهان ساخته شد, نحوه تشکیل جهان هستی

    جهان از چیزی به نام ماده تاریک ساخته شده است


    هر چیزی در اطراف خود می‌بینید، از بدنتان تا سیاره‌ی زمینی که رویش ایستاده‌اید؛ تا ستارگان آسمان، همه و همه از اتم ساخته شده‌اند. اتم نیز به نوبه‌ی خود از ذرات کوچکتری مانند پروتون و نوترون ساخته شده است که بسیاری از آن ذرات هم می توانند به ذرات و اجزای کوچکتر و بیشتری تجزیه شوند.

    اوایل قرن بیستم، زمانی که فیزیکدانان رفته رفته فرآیند درک و شناخت آرایش اتم‌ها را آغاز کرده بودند، به نظر می‌رسید که ما در آستانه‌ی درک اساس کل مواد موجود در جهان خواهیم بود. اما در سال ۱۹۳۳، یک ستاره‌شناس سوئیسی به نام فریتز زوئیکی (Fritz Zwicky) برای نخستین بار این استدلال را مطرح کرد که بخش زیادی از جهان، از پدیده‌ای به طور کامل متفاوت با آنچه که می پنداشته ایم ساخته شده است.

    ساخت جهان هستی,نحوه ساخت جهان هستی

    بخش زیادی از جهان، از پدیده‌ای به طور کامل متفاوت با آنچه که پنداشته ایم ساخته شده است


    زوئیکی تمامی موادی را که می‌توانست در خوشه‌های کهکشانی مشاهده کند، مورد محاسبه قرار داد. او متوجه شد که مقدار ماده‌ی کافی برای نیروی گرانش به منظور نگه داشتن آنها کنار هم وجود ندارد.

    ریچارد مسی (Richard Massey) از دانشگاه دورهام انگلستان معتقد است کهکشان‌هایی که زوئیکی مشاهده کرده بود، خودشان نیز در حال چرخش بودند؛ چنان چرخش سریعی که آنها باید از مکان خودپرتاب شده و به تمام گوشه و کنار جهان پراکنده می شدند. هر کهکشان همانند یک چرخ و فلک در حال چرخش با سرعت بیش از حد زیاد است. هر موجودی که سوار این چرخ و فلک می‌شود به سمت پایین پرتاب خواهد شد.

    زوئیکی متوجه شد که باید ماده‌ی دیگری نیز وجود داشته باشد؛ ماده‌ای که به طور مستقیم نمی‌توان آن را مشاهده کرد اما یک کشش گرانشی ایجاد می‌کند که برای نگه داشتن همه‌ی کاینات در کنار هم به اندازه‌ی کافی قوی است. وی این فرم ناشناخته از ماده را «تاریک» نامید. در آن زمان اظهارات او غیرعادی به نظر می‌آمدند و تئوری های او از سوی دانشمندان جدی گرفته نمی‌شد. مسی در مورد او چنین می‌گوید:

    وی یک نظریه پرداز دیوانه بود، کسی که نمی توانست برآیند نیروها را با همدیگر به دست آورد. در نتیجه یک فرم کاملا جدید از ماده را در ذهن خود اختراع کرد.

    تکنیک های تشکیل جهان, مواد تشکیل دهنده جهان

    زوئیکی یک فرم کاملا جدید از ماده را در ذهن خود اختراع کرد


    کار زوئیکی به مقدار زیادی تا دهه‌ی ۱۹۷۰ به فراموشی سپرده شد. در واقع تا زمانی که ورا رابین (Vera Rubin) ستاره شناس کشف کرد که کهکشان های نزدیک به هم، در روند درستی نمی‌چرخند. در منظومه شمسی، یک قانون ساده اعمال می‌شود. بر پایه‌ی این قانون هر چقدر یک سیاره دورتر از خورشید باشد، گرانش لازم برای نگه داشتن آن نیز کمتر خواهد بود. در نتیجه، این سیاره کندتر حرکت خواهد کرد و به زمان بیشتری برای تکمیل مدار نیاز خواهد داشت.

    همین منطق را باید به ستاره‌هایی که به دور مرکز کهکشان در گردشند نیز اعمال کنیم. ستاره‌هایی که در دورترین فاصله از مرکز قرار دارند باید با کمترین سرعت حرکت کنند، چون در آن مناطق میزان اثر گرانش تضعیف می‌شود. بر خلاف گفته‌ی اخیر، رابین پی برد که ستارگان دورتر نیز با همان سرعت ستاره‌های نزدیک‌تر حرکت می‌کنند.

    عاملی باید در آن دوردست‌ها برای حفظ ستاره‌ها از پرواز به سوی بیرون مدار وجود داشته باشد. در واقع پس از مدت‌ها مشخص شد که زوئیکی در مسیر درستی در مورد این پدیده قرار داشته است.

    درباره جهان هستی,کشف نحوه تشکیل جهان هستی

    هر چقدر یک سیاره دورتر از خورشید باشد، گرانش لازم برای نگه داشتن آن نیز کمتر خواهد بود


    اخترشناسان هم اکنون معتقدند که ماده‌ی تاریک به عنوان یک ماده‌ی اساسی در ایجاد جهان هستی با آن ویژگی‌هایی که در حال حاضر از آن سراغ داریم، حضور داشته است. تقریبا ۱۴ میلیارد سال پیش، لحظات پس از انفجار بزرگ، انبساط جهان با سرعت فزاینده‌ای آغاز شد و خوشه‌های کهکشانی نیز شروع به شکل‌گیری کردند.

    با این حال، گسترش جهان آنچنان هم سریع نبود که در پی این گسترش، تمام کهکشان‌ها به گوشه‌های دوردست پرتاب شوند. دلیل اصلی آن هم این است که ماده‌ی تاریک با وجود نامرئی بودن، باعث نگه داشته شدن همه چیز در کنار هم می‌شود.

    به عبارتی می‌توان گفت که ماده‌ی تاریک همانند باد است. ما نمی‌توانیم به طور مستقیم آن را ببینیم، اما می‌دانیم که وجود دارد. حالا سوال اینجاست که این ماده چه مقدار از کل کاینات را تشکیل می‌هد؟ باید بگوییم که مقدار زیادی از این ماده در سراسر کاینات وجود دارد و حدود ۲۵ درصد از جهان هستی را در بر گرفته است.

    به طور گیج کننده ای گاهی اوقات گفته می‌شود که ماده‌ی تاریک تا حدود ۸۰ درصد از کل مواد موجود در جهان را تشکیل می‌دهد. دلیل این بیان آن است که تنها ۳۰ درصد از جهان هستی از ماده ساخته شده و بیشتر همان قسمت نیز ماده تاریک است. بقیه‌ی جهان انرژی است.

    نحوه تشکیل جهان هستی, ذرات تشکیل دهنده جهان

    تنها ۳۰ درصد از جهان هستی از ماده تاریک ساخته شده که بقیه‌ی جهان انرژی است


    در ادامه ی پژوهش ها و تا دهه‌ی ۱۹۸۰، اولین شواهد محکم برای ماده‌ی تاریک به دست آمده بودند. به عنوان مثال، در سال ۱۹۸۱ یک تیم به سرپرستی مارک دیویس (Marc Davis) از دانشگاه هاروارد، یکی از اولین کند و کاوهای کهکشانی را انجام دادند. آنها متوجه شدند که کهکشان‌ها در الگوهای یکنواختی مرتب نشده‌اند. به باور کارلوس فرنک (Carlos Frenk) از دانشگاه دورهام انگلستان:

    اینگونه نیست که ماده‌ی تاریک تنها مانند مخلوط خامه‌ای در اطراف یک کیک پاشیده ‌شوند.

    بلکه به جای آن حالت، کهکشان‌ها درون خوشه‌های بزرگی جمع می‌شوند که هر یک حاوی صدها هزار کهکشان هستند. این امر باعث می‌شود تا الگوهای پیچیده‌ با عنوان «تارهای کیهانی» شناخته شوند. این تارها به وسیله‌ی ماده‌ی تاریک با هم گره خورده‌اند. به عبارت دیگر، ماده تاریک اسکلتی است که ماده‌ی معمولی روی آن آویخته شده است. کارولین کرافورد (Carolin Crawford) از دانشگاه کمبریج انگلستان می‌گوید:

    ما می دانیم که در مراحل اولیه‌ی تشکیل جهان، بودن این ماده لازم بوده است. نگه داشتن همه‌ی آن پدیده‌ها به صورت خوشه‌های کهکشانی بسیار حیاتی بوده است. چرا که در ادامه باعث توسعه‌ی ساختارهایی شده که در حال حاضر می بینیم.

    نحوه ساخت جهان هستی,چگونه جهان ساخته شد

    در مراحل اولیه ی تشکیل جهان، بودن ماده تاریک لازم بوده است


    به گفته ی فرنک، کشف این خوشه باعث شکل‌گیری یک انگیزه‌ی جدید شد. دیویس که در آن زمان استاد فرنک بود، او را برای کشف اینکه چرا کهکشان ها به این شکل آرایش یافته اند به چالش کشید.

    هنگامی که فرنک جستجوهای خود را آغاز کرد، به این نکته پی برد که یک فرد دیگر نیز ادعا کرده که زودتر از او توانسته این موضوع را کشف کند. در سال ۱۹۸۰، یک تیم روسی توسط وی‌ای لیوبیموف VA Lyubimov توانسته بودند یک توضیح محتمل و ممکن را از ماده‌ی تاریک ارایه کنند. آنها پیشنهاد کردند که ماده‌ی تاریک از نوترینوها ساخته شده‌اند.

    این پیشنهاد به مقدار تقریبا مطمئنی بامعنی و معقول به نظر می‌رسید. نوترینوها ذرات تاریک و شبح مانندی هستند که به سختی با هر چیز دیگری برهم‌کنش می‌کنند. محققان پیشنهاد کردند که جرم ترکیبی همه‌ی نوترینوها در کل جهان ممکن است با جرم مجهول مورد بحثمان برابری کند و در واقع جای آن را پر کند.

    اما در این میان یک مسئله وجود داشت. نوترینوها به صورت «ماده‌ی تاریک بسیار گرم» هستند، بدین معنی که آنها سبک بوده و در نتیجه، قادر به حرکت سریع نیز هستند. هنگامی که فرنک شبیه سازی یک کیهان پر از ماده‌ی تاریک داغ را به انجام رساند، متوجه شد که این مدل نمی‌تواند کارکرد عملی داشته باشد. وی در این مورد چنین گفته است:

    ما با ناامیدی بزرگی روبرو شدیم و دریافتیم که جهان با ماده‌ی تاریک داغ به هیچ روی، شبیه جهان واقعی نخواهد بود. آن ایده با اینکه زیبا و مهیج بود اما برای دنیایی که در آن زندگی می‌کنیم به هیچ وجه عملی نبود. ابرخوشه‌های عظیم کهکشانی که ما می‌شناسیم در این جهان وجود نداشتند.

    در نتیجه، ماده‌ی تاریک باید سرد و به آهستگی در حال حرکت بود. قدم بعدی این بود که مکان این ماده‌ی تاریک سرد یافت شود.

    آشنایی با نحوه تشکیل جهان هستی, تکنیک های تشکیل جهان

    ماده‌ی تاریک باید سرد و به آهستگی در حال حرکت بود و مکان این ماده‌ی تاریک سرد یافت شود


    اگر چه ما نمی‌توانیم ماده‌ی تاریک را به طور مستقیم مشاهده کنیم، اما ماده‌ی تاریک یک عملکرد بسیار بارز دارد که از طریق آن خود را به ما نشان می‌دهد. ماده‌ی تاریک نور گذرنده از خود را خم می‌کند. این موضوع به مقدار کمی همانند وقتی است که نور از میان یک استخر شنا یا یک پنجره مات حمام عبور کرده و می‌درخشد. این اثر در فیزیک به نام «همگرایی گرانشی» شناخته می‌شود و می‌توان آن را برای تشخیص محل‌هایی که در آن ابرهای ماده‌ی تاریک وجود دارند، استفاده کرد. با استفاده از این روش، دانشمندان در حال ایجاد نقشه‌های از ماده‌ی تاریک موجود در جهان هستی هستند.

    در حال حاضر آنها تنها بخشی از این طرح را نقشه برداری کرده اند. اما تیمی که پشت چنین پروژه‌ای است، مسلما اهداف بلندپروازانه‌ای در سر دارند و امیدوارند که بتوانند نقشه‌ی یک هشتم از کل جهان ما شامل میلیون‌ها کهکشان را تهیه کنند. برای اینکه اندکی به عظمت این ارقام پی ببرید باید یادآوری کنیم که کهکشان ما، یعنی کهکشان راه شیری، شامل چندین میلیارد ستاره و احتمالا ۱۰۰ میلیارد سیاره است.

    در حال حاضر این نقشه‌ها خام تر و ناقص تر از آن هستند که بتوانند جزییات دقیقی به ما ارایه کنند. گری پرزیو (Gary Prezeau) از آزمایشگاه پیشرانه‌ی جت ناسا در موسسه فناوری کالیفرنیا می‌گوید:

    همانند این است که شما یک ایده‌ی اولیه از قاره‌های روی زمین داشته باشید. اما آنچه واقعا به دنبالش هستید شامل اشکال کوه‌ها و دریاچه‌های کره‌ی زمین باشد.

    با این حال، ما حداقل یک ایده‌ی خام از این که ماده‌ی تاریک در چه محل‌هایی وجود دارد به دست آورده‌ایم. اما واقعیت این است که هنوز هم نمی‌دانیم ماهیت دقیق آن چیست؟

    مواد تشکیل دهنده جهان,درباره جهان هستی

    ماده‌ی تاریک نور گذرنده از خود را خم می کند


    چند ایده‌ی دیگر نیز مطرح شده است، اما در حال حاضر این پیشنهاد محبوب ترین مورد است که بر مبنای آن، ماده‌ی تاریک از نوع جدیدی از ذرات ساخته شده است و این بین نظریه‌هایی وجود دارد اما هرگز در عمل آشکار نشده است. این نوع جدید از ذرات با نام WIMP شناخته می‌شوند که به مفهوم ذرات سنگین با بر هم کنش ضعیف است. آن گرین (Anne Green) از دانشگاه ناتینگهام در انگلستان در این باره می‌گوید:

    WIMP ها در هر سوی جهان ضعیف هستند. در وهله‌ی اول، آنها به سختی با یکدیگر برهم‌کنش دارند؛ از این رو با مواد طبیعی هم کلا بر هم کنشی ندارند. هنگامی که شما با دست خود به یک دیوار ضربه وارد می کنید، دستتان با دیوار تصادم می‌کند. اما زمانی که یک WIMP با دیوار یا با ذره‌ی هم نوع خودش برخورد کند، معمولا به طور مستقیم از میان آن عبور خواهد کرد.

    بخش دوم از این عبارت مخفف به خودی خود بیانگر ویژگی‌های آن است. WIMP ها دارای مقدار جرم زیادی هستند، اگرچه آنها لزوما بزرگ نیستند. به گفته‌ی گرین آنها می‌توانند صدها یا هزاران برابر بیشتر از یک پروتون وزن داشته باشند.

    به گفته‌ی مسی اصطلاح WIMP فقط یک عبارت فریبنده است و می‌تواند بسیاری از انواع مختلف ذرات را شامل شود. نکته‌ی بدتر که وجود دارد این است که چون این ذرات شبح‌مانند هستند، تشخیص آنها بسیار دشوار است. در این مرحله شما ممکن است از ادامه‌ی پژوهش و تحقیق در این حوزه ناامید شوید. باید بگوییم شما نخستین فردی نیستید که چنین احساسی داشته باشد. گرین در این باره چنین می‌گوید:

    اول آنها به این نتیجه رسیدند که باعث همه‌ی آن پدیده‌ها وجود این ماده‌ی نامرئی است، حالا که آنها نتیجه گرفته‌اند که جهان از نوع جدیدی از مواد ساخته شده است، نمی‌توانند آن ماده را شناسایی کنند! این موضوع تا حدودی مضحک است.

    پس می توان نتیجه گرفت که این برداشت به ذهن افراد زیادی رسیده باشد.

    درباره جهان هستی,نحوه ساخت جهان هستی

    زمانی که یک WIMP با دیوار یا با ذره‌ی هم نوعش برخورد کند، مستقیم از میان آن عبور می کند


    از سال ۱۹۸۳، همواره برخی از فیزیکدانان روی این موضوع اصرار داشته‌اند که ماده تاریک در کل وجود ندارد و به جای آن احتمال می‌دهند که قوانین گرانشی که ما به آن آگاه هستیم، باید نادرست باشند و به همین دلیل کهکشان ها از دیدگاه ما رفتار عجیبی دارند. این ایده به نام MOND شناخته می‌شود و کوتاه شده‌ی عبارت "دینامیک نیوتونی اصلاح شده" یا (Modified Newtonian Dynamics) است. مسی در این مورد گفته است:

    ما در حال تفسیر همه‌ی این چرخ و فلک‌ عظیم در پهنه‌ی جهان هستیم. اینکه چگونه آنها همانند فرفره می چرخند و توسط گرانش کشیده می‌شوند، البته فرض را بر این می گذاریم که طرز کار گرانش را به طور کامل می دانیم. شاید ما گرانش را به طور اشتباه درک کرده باشیم و برداشت غلطی از شواهد موجود داشته باشیم.

    به باور مسی مشکل این است که هواداران MOND، جایگزین مناسبی برای ایده‌ی ماده‌ی تاریک ندارند. ایده‌های آنها قادر به توضیح و توجیه دیتاهای موجود نیست. وی ادامه می‌دهد:

    هر کسی که بخواهد به ابداع یک نظریه‌ی جدید در گرانش بپردازد، باید پا را فراتر از مسیر رفته شده توسط آلبرت انیشتین بگذارد و هر چیزی را که انیشتین توانسته تشریح کند، به خوبی توضیح داده و همچنین برای رد یا تایید ماده‌ی تاریک نیز توضیح قابل قبولی داشته باشد.

    در سال ۲۰۰۶، ناسا یک تصویر دیدنی و جذاب منتشر کرد که برای بسیاری از محققان به منزله‌ی مرگ ایده‌ی MOND بود.

    کشف نحوه تشکیل جهان هستی,ساخت جهان هستی

    این تصویر، برخورد دو خوشه‌ی عظیم کهکشانی را نشان می‌دهد


    تصویر فوق، برخورد دو خوشه‌ی عظیم کهکشانی را نشان می‌دهد. از آنجا که اکثریت مقدار ماده در مرکز به وضوح قابل مشاهده است، بنابراین آنجا همان محلی است که شما انتظار دارید گرانش بیشتری داشته باشد. اما بخش‌های بیرونی نشان می‌دهد که نور توسط گرانش خم می‌شود. این امر ما را به این نتیجه می‌رساند که نوع دیگری از ماده نیز در آن مناطق وجود دارد. تصویر اخیر را به عنوان اثبات مستقیمی برای وجود ماده‌ی تاریک، مورد ستایش قرار داده‌اند.

    حال اگر همه ی گفته های فوق درست هم باشند، ما دوباره به جایی بر می‌گردیم که قبلا بودیم. چالش پیش روی ما این است که ماده‌ی تاریک را بیابیم. این در حالی خواهد بود که هنوز نمی‌دانیم باید به طور دقیق چه چیزی را جستجو کنیم. این چالش ممکن است حتی بدتر از تمثیل قدیمی سوزن در یک انبار کاه باشد. اما واقعیت این است که سه راه مختلف برای پیدا کردن ماده‌ی تاریک وجود دارد.

    چگونه جهان ساخته شد, نحوه تشکیل جهان هستی

    اگر بخواهید به ابداع یک نظریه‌ی جدید در گرانش بپردازید، باید پا را فراتر از مسیر انیشتین بگذارید


    راه اول این است که ماده‌ی تاریک را در کنش آن با جهان هستی مورد مشاهده قرار دهیم. ستاره‌شناسان ممکن است با استفاده از نقشه‌های موجود از ماده‌ی تاریک و با نظارت بر چگونگی رفتار این ماده، قادر به آشکارسازی یک کنش ناگهانی یا استثنایی باشند.

    ذرات ماده‌ی تاریک معمولا از میان مواد طبیعی عبور می‌کنند. اما وقتی گفته می‌شود «معمولا» بدان معنی است که گاهی اوقات بسیار معدود، برخی از آنها با هسته‌ی اتم برخورد خواهند داشت. هنگامی که این اتفاق می‌افتد، ماده‌ی تاریک با اتم برخورد می‌کند و آن را همانند توپی که درون یک استخر می‌افتد، پس می‌زند. این برخورد می‌تواند به ایجاد پرتو گاما بینجامد. پرتو گاما در حقیقت به مفهوم پرتوهای نوری با انرژی است. به گفته‌ی فرنک در این موارد نادر، ماده‌ی تاریک می‌تواند «بدرخشد». از سویی، گرین هم معتقد است:

    آزمایش هایی برای آشکارسازی مستقیم وجود دارند که به دنبال شناسایی این برخوردهای هسته‌ای هستند.

    ساخت جهان هستی,نحوه ساخت جهان هستی

    پرتو گاما در حقیقت به مفهوم پرتوهای نوری با انرژی است


    سال ۲۰۱۴، محققان با استفاده از تلسکوپ قدرتمند فرمی ناسا، ادعا کردند که پرتوهای گامای حاصل از این برخوردها را شناسایی کرده‌اند. آنها منطقه‌ای از کهکشان راه شیری را یافته بودند که به نظر می‌رسید در اثر پرتوهای گاما می‌درخشند و احتمال داده شد که این پرتوهای گاما نیز از ماده‌ی تاریک حاصل شده باشند.

    الگوهای به دست آمده از این رویداد با مدل‌های نظری سازگاری دارند، اما هیئت‌های بررسی هنوز در مورد اینکه آیا پرتوهای گامای مورد بحث واقعا ناشی از ماده‌ی تاریک باشند یا نه، به اطمینان نرسیده‌اند. آن پرتوها همچنین امکان دارد که از ستاره‌های پرانرژی به نام تپ‌اخترها یا شاید هم از فروپاشی ستاره‌ها به وجود آمده باشند.

    علاوه بر موارد فوق، همچنین احتمال دارد که این پرتوها واقعا از برخورد ماده‌ی تاریک با ماده‌ی معمولی حاصل شده باشند. گاهی اوقات نیز ممکن است که ماده‌ی تاریک با ذرات خودش برخورد کند و یک راه دیگر برای دیدن آن نیز همین است.

    تیم مسی به تازگی تصادم‌ها و درهم‌رفتگی‌های کهکشان‌ها را با یکدیگر تحت نظارت قرار داده‌اند. آنها انتظار دارند که تمام ماده‌ی تاریک کهکشان‌ها از این طریق عبور کنند. اما ممکن است حرکت برخی از آن‌ها آهسته‌تر باشد و اصطلاحا از سایر مواد کهکشانی که به آن تعلق داشته‌اند، عقب بمانند. این امر نشان می‌دهد که آن بخش از کهکشان‌ها با ماده‌ی تاریک برهم‌کنش داشته‌اند. مسی در این باره می‌گوید:

    اگر این برهم‌کنش واقعا رخ داده باشد، پس می‌توانیم آن را به عنوان اولین شواهد موجود برای توجیه و پژوهش بیشتر در مورد باقی اجزای جهان هستی قلمداد کنیم.

    هر دوی این روش‌ها یک اشکال عمده دارند و آن عبارت است از اینکه شما نمی‌توانید یک ابر کهکشانی از ماده‌ی تاریک را به دست آورده و آن را زیر میکروسکوپ مورد پژوهش قرار دهید. واقعیت این است که آنها بیش از حد بزرگ و علاوه بر آن بسیار دور هستند.

    بنابراین شاید بخواهیم یک روش دوم را برای آشکارسازی ماده‌ی تاریک بیابیم و در این مسیر احتمالا ایده‌ی ایجاد آن ماده در گام اول و سپس انجام پژوهش روی ماده‌ی تاریک ایجاد شده، در دسترس باشد.

    تکنیک های تشکیل جهان, مواد تشکیل دهنده جهان

    تیم مسی به تازگی تصادم ها و درهم رفتگی های کهکشان ها را با یکدیگر تحت نظارت قرار داده اند


    فیزیکدانان امیدوارند با استفاده از برخورد ذرات همانند اتفاقی که در برخورددهنده بزرگ هادرونی (LHC) ژنو، سوئیس انجام می‌شود، بتوانند این کار را انجام دهند. ال اچ سی، پروتون‌ها را در سرعت‌های نزدیک به نور با همدیگر برخورد می‌دهد. این برخوردها به اندازه‌ی کافی برای شکستن پروتون به قطعات تشکیل دهنده‌اش، قدرتمند هستند. پس از آن نیز در این مرکز به مطالعه‌ی این آوار زیراتمی می پردازند. در طول این برخوردهای قوی، ذرات جدید مانند WIMP ها به خوبی می‌توانند شناسایی شوند. مالکوم فربرن (Malcolm Fairbairn) از کینگز کالج لندن در انگلستان می‌گوید:

    اگر WIMP‌ ها ماده تاریک را تشکیل داده باشند و ما بتوانیم آنها را در برخورد دهنده‌ی بزرگ هادرونی کشف کنیم، پس از آن با یک فرصت مناسب برای کار روی این که ماده‌ی تاریک موجود در جهان هستی از چه تشکیل شده است، خواهیم داشت.

    درباره جهان هستی,کشف نحوه تشکیل جهان هستی

    در طول این برخوردهای قوی، ذرات جدید مانند WIMP ها به خوبی می‌توانند شناسایی شوند


    با این حال اگر ماده تاریک همانند یک WIMP نباشد، در این صورت ال اچ سیهم برای آشکارسازی آن ناکام خواهد ماند. در این میان یک مشکل دیگر هم وجود دارد. حتی اگر ال اچ سی مقداری ماده‌ی تاریک هم ایجاد کند، این ماده‌ی تشکیل شده در آشکارسازهای موجود در این مرکز ثبت نخواهد شد.

    در عوض، ممکن است این سیستم یک گروه از ذرات را  در حال حرکت در یک جهت پیدا کند، اما هیچ ذره‌ای را در جهت دیگر پیدا نکند. تنها حالتی که می‌تواند رخ دهد این است که ماده‌ی دیگری در حال حرکت باشد و آشکارسازها نتوانند وجود آن را آشکار کنند و به گفته‌ی فربرن آن ماده ممکن است یک ماده‌ی تاریک باشد. اگر این روش هم به نتیجه نرسد، فیزیکدانان یک گزینه‌ی سوم دارند: سفر در اعماق زمین.

    نحوه تشکیل جهان هستی, ذرات تشکیل دهنده جهان

    اگر ماده تاریک مانند یک WIMP نباشد، در این صورت ال اچ سیهم برای آشکارسازی ناکام خواهد ماند


    دانشمندان در معادن قدیمی و در داخل‌کوه‌ها، همواره به دنبال موقعیت‌های نادری هستند که در آن WIMP ها با ماده‌ی معمولی برخورد می‌کنند. در واقع برخورد از نوع همان برخوردی که تلسکوپ فرمی توانسته در اعماق فضا رویت کند. فرنک عقیده دارد:

    میلیاردها تعداد از ذرات ماده‌ی تاریک در هر ثانیه از میان بدن ما منتقل می‌شوند. آنها در دفتر کار، در اتاق و به طور کلی در همه جا هستند. آنها در حال عبور از میان بدن ما با نرخ میلیاردها تعداد در ثانیه هستند و شما هیچ چیزی را از این رویداد احساس نمی‌کنید.

    در حالت تئوری، ما باید قادر به تشخیص چشمه‌های کمی از پرتوهای گامای حاصل از این برخوردها باشیم. اما مشکل این است که بسیاری از موارد دیگر نیز به این طریق از بدن ما عبور می‌کنند که از این میان می‌توان به پرتوهایی در قالب پرتوهای کیهانی اشاره کرد که این امر باعث می‌شود تا سیگنال‌های حاصل از ماده‌ی تاریک در میان آنها محو شوند. از این رو بر پایه‌ی آزمایش‌های زیرزمینی گفته می‌شود که صخره‌های بالایی، عمده‌ی تابش را جذب می‌کنند، اما اجازه می‌دهند تا ماده‌ی تاریک از میانشان عبور کنند.

    البته تا زمان فعلی، بسیاری از فیزیک‌دان‌ها معتقدند که ما هنوز هیچ سیگنال قانع‌کننده از این آشکارسازها مشاهده نکرده‌ایم. بر پایه‌ی مقاله‌ای که در اوت ۲۰۱۵ منتشر شده، می‌توان دریافت که آشکارساز زنون ۱۰۰ (XENON100) در آزمایشگاه ملی ساسو در گران ایتالیا در پیدا کردن هر گونه علایمی ناکام بوده است.

    برخی آلارم‌های کاذب در طول فرایند وجود داشته است. یکی تیم پژوهشی دیگر از همان آزمایشگاه، با استفاده از آشکارساز متفاوت با مورد نخست، برای سال‌ها مدعی بوده‌اند که آزمایش DAMA منجر به آشکارسازی ماده‌ی تاریک شده است. به نظر می‌رسد که آنها موفق به کشف پدیده‌ی جدیدی شده باشند، اما بسیاری از فیزیکدانان می‌گویند که آن ماده WIMP نیست.

    نحوه ساخت جهان هستی,چگونه جهان ساخته شد

    ما هنوز راه بسیار زیادی را برای شناخت و درک حقیقی جهان هستی داریم


    ممکن است که کار یکی از این آشکارسازها یا ال اچ سی، به شناسایی مقداری ماده‌ی تاریک بیانجامد. اما نکته‌ی مهمی که وجود دارد این است که پیدا کردن آن فقط در یک مکان، کافی نخواهد بود. فربرن می‌گوید:

    ما باید در نهایت ماده‌ی تاریک را با بیش از یک روش شناسایی کنیم تا مطمئن شویم آنچه که در آزمایشگاه یافته‌ایم همان چیزی باشد که در دوردست‌های کهکشان نیز وجود دارد.

    در حال حاضر بخش عمده‌ی کهکشان ما تیره است، و از سویی، مشخص نیست که چه مدت به این حالت باقی بماند. برخی از کیهان‌شناسان که فرنک هم یکی از آنهاست، امیدوارند که ما در دهه‌ی آینده بتوانیم به پاسخ برخی از پرسش های خود پیرامون این موضوع برسیم. برخی دیگر نیز، مانند گرین، در رابطه با این موضوع اعتماد به نفس کمتری دارند. اگر در آینده‌ی نزدیک در ال اچ سی چیزی شناسایی نشود، گرین باور دارد که در آن صورت احتمالا به دنبال پدیده‌ی نادرستی می‌گشته‌ایم.

    بیش از ۸۰ سال از نخستین باری که زوئیکی، پیشنهاد وجود ماده‌ی تاریک را ارایه داده بود گذشته است. در تمام این مدت، ما هنوز نتوانسته‌ایم یک نمونه از ماده‌ی تاریک به دست آوریم یا اینکه توانسته باشیم به طور دقیق و مطلق به چیستی آن ماده پی ببریم.

    بیان اخیر در واقع یک یادآوری بی آلایش است از اینکه ما هنوز راه بسیار زیادی را برای شناخت و درک حقیقی جهان هستی داریم. ما شاید هر نوع پدیده‌ای را درک کنیم؛ از آغاز جهان تا تکامل حیات روی زمین. اما کهکشان برای ما هنوز هم همچون یک جعبه‌ی سیاه است و اسرار آن هنوز هم به حالت ناگشوده و مسکوت مانده اند.

    منبع : BBC - zoomit.ir

    منبع مطلب : www.beytoote.com

    مدیر محترم سایت www.beytoote.com لطفا اعلامیه سیاه بالای سایت را مطالعه کنید.

    عنصر شیمیایی

    عنصر شیمیایی

    عنصر یا اِلِمان شیمیایی، در دانش شیمی به ماده‌ای گفته می‌شود که اتم‌های آن از تعداد پروتون‌های برابری در هستهٔ خود برخوردار باشند.[۱] این عدد (تعداد پروتون‌ها) که با نماد Z نشان داده می‌شود، عدد اتمی آن عنصر نام دارد. همهٔ اتم‌هایی که دارای تعداد پروتون‌های برابر (عدد اتمی برابر) باشند، ویژگی‌های شیمیایی یکسانی دارند. اما اتم‌های یک عنصر می‌توانند دارای تعداد متفاوتی (نوترون) باشند که (ایزوتوپ)های آن عنصر نامیده می‌شوند. گاهی نیز برای سادگی، به عنصر شیمیایی صرفاً عنصر گفته می‌شود. ویژگی‌های شیمیایی اتم‌های یک عنصر که توسط ساختار الکترونی آن‌ها تعیین می‌شود که آن نیز به تعداد پروتون‌های هسته آن اتم وابسته است.در بیان کلی مفهوم عنصر به ویژگی یک اتم گفته می‌شود که آن را از سایر ویژگی‌هایی که اتم‌های دیگر دارند متمایز می‌کند. منظور از ویژگی در حالت کلی به تعداد پروتن‌های یک اتم در هستهٔ خود گفته می‌شود که ویژگی آن را شکل می‌دهد این همان ویژگی است که به‌طور مثال اتم مس را از طلا متمایز می‌کند. تمام عناصر شیمیایی از باریون ساخته شده‌اند. با این وجود کیهان شناسان بر این باورند که باریون تنها ۱۵٪ مواد قابل مشاهده در کیهان را تشکیل می‌دهند. بنابراین باقی‌ماندهٔ مواد موجود در کیهان، مادهٔ تاریک است که ماهیت آن شناخته شده نیست ولی از عناصری که ما می‌شناسیم تشکیل نشده‌است.[۲] از بین تمام عناصر دو عنصر هیدروژن و هلیم که در بدو مه بانگ (بیگ بنگ) تشکیل شده‌اند، فراوان‌ترین عناصر موجود در کائنات هستند.

    عناصر شیمیایی می‌توانند در هنگام واکنش شیمیایی با یکدیگر ترکیب شده و تعداد بیشماری مادۀ شیمیایی به‌وجود آورند. مثلاً آب نتیجهٔ واکنش عنصرهای هیدروژن و اکسیژن است. در این حالت، دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن به هم متصل می‌شوند و مولکولی با فرمول شیمیایی H2O می‌سازند. همین دو عنصر در شرایط متفاوت می‌توانند مادهٔ دیگری را به نام هیدروژن پراکسید (آب اکسیژنه) بسازند که دارای مولکول‌های H2O2 است. به همین شکل، همه ترکیب‌های شیمیایی می‌توانند به عناصر سازنده خود تجزیه شوند. به عنوان مثال می‌توان آب را به کمک برق‌کافت به عناصر هیدروژن و اکسیژن تبدیل کرد.

    یک مادهٔ خالص که تنها از اتم‌های یک عنصر تشکیل شده باشد، «مادهٔ ساده» نامیده می‌شود. چنین ماده‌ای را نمی‌توان به ماده دیگری تجزیه کرد. از این دیدگاه، مادهٔ ساده در برابر مادهٔ مرکب قرار می‌گیرد. به عنوان مثال، اکسیژن یک عنصر است. اما ماده‌ای را که ما در طبیعت به عنوان گاز اکسیژن شناخته‌ایم، در حقیقت یک ماده ساده دو اتمی از این عنصر است که «دی اکسیژن» یا «اکسیژن مولکولی» (O2) نامیده می‌شود. اوزون شکل دیگری از عنصر اکسیژن است که در طبیعت با فرمول (O3) یافت می‌شود. رابطه بین دی اکسیژن و اوزون رابطه‌ای است که به آن دگرشکلی (آلوتروپی) می‌گویند. به زبان دیگر، دی اکسیژن و اوزون، دگرشکل‌های عنصر اکسیژن هستند. الماس و گرافیت نیز دو آلوتروپ برای عنصر کربن هستند. عناصر دیگر مانند گوگرد و فسفر هم دارای آلوتروپ‌های شناخته‌شدهٔ پرکاربردی هستند. از بین عناصر شناخته شده تعداد کمی به صورت ساده یا خالص در طبیعت یافت می‌شوند که از بین آن‌ها می‌توان به مس، طلا، نقره، کربن و گوگرد اشاره کرد. به جز چند عنصر بقیه عناصر از جمله گازهای نجیب (گازهای بی اثر) و فلزات نجیب معمولاً به صورت ترکیب یافته بر روی زمین کشف می‌شوند و نه به صورت خالص.

    عناصر شیمیایی را نمی‌توان به کمک واکنش‌های شیمیایی معمولی به یکدیگر تبدیل کرد. تنها واکنشی که می‌توان با استفاده از آن تعداد پروتون‌های هسته اتم‌های یک عنصر را تغییر داد و یک عنصر را به عنصر دیگری تبدیل کرد، یک واکنش هسته‌ای است که آن را واکنش تبدیل هسته‌ای می‌نامند.

    تا کنون ۱۱۸ عنصر، کشف یا ساخته شده‌اند. از این تعداد، ۹۴ عنصر در طبیعت یافت می‌شوند و بقیه به‌طور مصنوعی و به کمک واکنش‌های هسته‌ای در آزمایشگاه ساخته شده‌اند.[۳] از میان همه عناصر، ۸۰ عنصر دارای حداقل یک ایزوتوپ پایدار می‌باشند که به جز عنصر شماره ۴۳ (تکنسیم) و عنصر شماره ۶۱ (پرومتیم) همگی دارای عدد اتمی برابر یا پایین‌تر از ۸۲ هستند. به زبان دیگر در جدول تناوبی تنها عناصری که از عنصر ۸۳ (بیسموت) سبک‌تر بوده و دارای ایزوتوپ پایدار نمی‌باشند، تکنسیم و پرومتیم هستند. به جز ۸۰ عنصر مذکور بقیه ایزوتوپ پرتوزا (رادیو نوکلئید) بوده که در طول زمان و در پی واپاشی هسته ای به عناصر دیگر تبدیل می‌شوند.

    تاریخچه[ویرایش]

    فلاسفهٔ یونان باستان بر این باور بودند که کل ماده موجود در جهان از مقداری مواد ساده پدید آمده‌است که «عنصر» نام دارند. این واژه برای اولین بار توسط افلاطون در کتاب تیمائوس به کار گرفته شد. وی باور داشت این مواد که یک قرن پیش از وی توسط امپدوکلس معرفی شده بودند، چندوجهی های منتظم کوچکی می‌باشند که سازنده مواد جهان هستند و ماهیت آن‌ها عبارت است از آتش، هوا، خاک و آب.[۴]

    سپس ارسطو عنصر جدید به نام «اتر» را به این چهار عنصر اضافه نمود که به نظر او سازنده اجرام آسمانی یا بهشت بود. این عنصر بعداً به نام quintessence نامیده شد که در زبان لاتین به معنی عنصر پنجم است. اون عنصر را جسمی تعریف نمود که قابل تقسیم به اجزا کوچک تر نیست.[۵]

    رابرت بویل در سال ۱۶۶۱ در کتاب کیمیاگر (شیمی‌دان) شکاک (The Skeptical Chymist) مفاهیم جدیدی را برای عنصر ارائه کرد. به نظر او عناصر، موادی بودند که از ترکیب هیچ ماده دیگری ساخته نشده‌باشند؛ بلکه خود در ترکیب با یکدیگر، اجسام تازه‌ای را شکل دهند. وی بر این عقیده بود که تشخیص عناصر، تنها با آزمایش شیمیایی ممکن است. بعدها آنتوان لاووازیه پدر شیمی مدرن همین مفهوم را گسترده‌تر کرد و ماده‌ای را عنصر نامید که به مواد ساده‌تری تجزیه نشود.[۶] هر چند او نور و گرما را هم به همراه چند ماده مرکب (از جمله آب) به اشتباه در فهرست عناصر خود وارد کرده‌بود؛ ولی توانست ۲۳ عنصر را به درستی از هم تفکیک و معرفی کند. لاووازیه موادی را که از پیوستن چند عنصر حاصل می‌شوند، مواد مرکب نامید.

    ویژگی‌های عناصر[ویرایش]

    عدد اتمی[ویرایش]

    عدد اتمی یک عنصر که با Z نشان داده می‌شود، برابر با تعداد پروتون‌هایی است که در هسته اتم‌های آن عنصر یافت می‌شود. برای مثال، تمام اتم‌های هیدروژن تنها یک پروتون در هسته خود دارند. به همین دلیل، عدد اتمی هیدروژن برابر با یک است. اما ممکن است که هسته اتم‌های یک عنصر، دارای تعداد نوترون‌های متفاوت باشند، که هر کدام نشانگر ایزوتوپ‌های متفاوت آن عنصر هستند.

    اتم‌های یک عنصر از دیدگاه الکتریکی خنثی هستند. زیرا تعداد الکترون‌های آن که دارای بار منفی هستند با تعداد پروتون‌های آن که دارای بار مثبت هستند برابر است. به همین دلیل، عدد اتمی اتم‌های یک عنصر هم نشان دهنده تعداد پروتون‌ها و هم الکترون‌های آن است. ویژگی‌های شیمیایی یک عنصر بیش از هر چیز با آرایش الکترونی آن تعیین می‌شود. می‌توان گفت که شناخت عدد اتمی یک عنصر به شناخت ماهیت آن عنصر کمک می‌کند. عدد اتمی یک عنصر را در گوشه سمت چپ و پایین نماد آن عنصر به صورت zX می‌نویسند.

    گاهی اصطلاح سبک یا سنگین به صورت غیررسمی برای اشاره به عدد اتمی نسبی عنصر (و نه چگالی آن) استفاده می‌شود. مثلاً عناصر سبک‌تر از کربن یا عناصر سنگین‌تر از سرب. هر چند وزن یا جرم اتم‌های یک عنصر همانند عدد اتمی آن از یک روند افزایشی با آهنگ ثابت برخوردار نیست.

    عدد جرمی[ویرایش]

    عدد جرمی یک عنصر که با A نشان داده می‌شود، برابر است با مجموع تعداد نوکلئون‌ها (پروتون و نوترون) در داخل هسته اتم‌های آن عنصر. عدد جرمی معمولاً در کنار نماد عنصر نشان داده نمی‌شود؛ مگر این که بخواهیم به تفاوت ایزوتوپ‌های آن عنصر اشاره کنیم. برای نشان دادن عدد جرمی در کنار نماد شیمیایی عنصر، باید آن را در گوشه سمت چپ و بالای آن به صورت AX نوشت.

    اگرچه تعداد پروتون‌های اتم‌های یک عنصر همواره برابر است؛ ولی اتم‌های یک عنصر می‌توانند دارای تعداد نوترون‌های متفاوت و در نتیجه عدد جرمی متفاوت (ایزوتوپ‌های متفاوت) باشند. برای مثال، هیدروژن دارای سه ایزوتوپ اصلی است که عبارتند از:

    تغییر عدد جرمی تأثیری بر روی آرایش الکترونی اتم‌های یک عنصر ندارد؛ پس انتظار داریم ایزوتوپ‌های یک عنصر خواص شیمیایی یکسانی داشته باشند که معمولاً همین‌طور است؛ اما اثرات ایزوتوپیک (تغییرات عدد جرمی) می‌توانند در اتم‌های سبک (لیتیم، هیدروژن و هلیم) به راحتی مشاهده شوند. زیرا اضافه یا کم شدن یک نوترون در هسته این اتم‌ها منجر به تغییرات نسبتاً مشهود در جرم اتم می‌شود که بر روی سینتیک واکنش‌های شیمیایی و استواری پیوندهای شیمیایی تأثیرگذار است. عدد جرمی، برای ۱۱۵ عنصر دیگر، اثر چندانی بر روی خواص شیمیایی عنصر ندارد.

    جرم اتمی[ویرایش]

    جرم اتمی هر اتم، عددی است حقیقی که برابر است با جرم هر ایزوتوپ خاص از اتم یک عنصر که با واحد یکای جرم اتمی (U) نشان داده می‌شود. به دلیل برابر واحد U نبودن جرم پروتون و نوترون، بیشتر بودن تعداد نوترون‌ها از پروتون‌ها و ناچیز بودن جرم الکترون‌ها و همچنین به خاطر وجود انرژی بستگی هسته‌ای، عدد جرمی با جرم اتمی متفاوت است. به عنوان مثال، جرم اتمی کلر-۳۵ تا پنج رقم معنی‌دار برابر با ۳۴/۹۶۹U و وزن اتمی کلر-۳۷ برابر با ۳۶/۹۶۶U می‌باشد. جرم اتمی یک ایزوتوپ خالص یک عنصر بر حسب U بسیار به عدد جرمی آن نزدیک می‌باشد. تنها استثنا در مورد جرم اتمی ایزوتوپی از یک عنصر که از لحاظ ریاضی یک عدد حقیقی نیست، ایزوتوپ کربن-۱۲ است که مقدار آن بر حسب تعریف، دقیقاً برابر با دوازده U می‌باشد. زیرا یکای جرم اتمی به صورت یک دوازدهم جرم ایزوتوپ آزاد و بدون بار کربن-۱۲ در حالت پایه تعریف می‌شود. جرم اتمی نسبی یا همان وزن اتمی (اصطلاح مشهور و تاریخی برای جرم اتمی نسبی) هر عنصر در واقع میانگین جرم‌های اتمی تمام ایزوتوپ‌های آن عنصر با توجه به درصد فراوانی آن‌ها است. برای مثال جرم اتمی نسبی کلر برابر با ۳۵/۴۵۳U است که اختلاف معنی‌داری با عدد طبیعی منظور شده برای کلر (۳۵) دارد. علت آن، وجود دو ایزوتوپ با درصدهای فراوانی متفاوت در طبیعت است: کلر-۳۵ با درصد فراوانی ۷۶٪ و کلر-۳۷ با درصد فراوانی ۲۴٪.

    ایزوتوپ[ویرایش]

    ایزوتوپ‌های یک عنصر، اتم‌هایی با تعداد پروتون‌های برابر و تعداد نوترون‌های متفاوت می‌باشند. برای مثال، عنصر کربن سه ایزوتوپ اصلی دارد. تمام اتم‌های کربن دارای شش پروتون در درون هسته خود هستند؛ ولی می‌توانند دارای شش، هفت یا هشت نوترون باشند؛ بنابراین سه ایزوتوپ کربن به ترتیب دارای عدد جرمی ۱۲، ۱۳ و ۱۴ بوده و کربن-۱۲، کربن-۱۳ و کربن-۱۴ نام دارند.

    به جز هیدروژن که ایزوتوپ‌های آن دارای جرم نسبی بسیار متفاوت با یکدیگر و در نتیجه اثرات شیمیایی متفاوت می‌باشند، ایزوتوپ‌های دیگر عناصر به راحتی از هم قابل شناسایی نیستند.

    تمام عناصر دارای تعدادی ایزوتوپ رادیواکتیو یا رادیوایزوتوپ می‌باشند. هر چند تمام این رادیوایزوتوپ‌ها طبیعی نیستند. رادیوایزوتوپ‌ها معمولاً با تابش پرتو آلفا یا پرتو بتا به عناصر دیگری تبدیل می‌شوند. ایزوتوپ‌های غیر رادیو اکتیو از هر عنصر، ایزوتوپ پایدار نام دارند. تمام ایزوتوپ‌های پایدار شناخته شده به صورت طبیعی یافت می‌شوند. بیشتر عناصری که در طبیعت یافت می‌شوند، بیش از یک ایزوتوپ پایدار دارند. بسیاری از رادیوایزوتوپ‌ها که در طبیعت یافت نمی‌شوند، پس از سنتز مصنوعی توصیف و معرفی می‌شوند. برخی عناصر نیز دارای هیچ ایزوتوپ پایداری نیستند که عنصر پایدار نامیده می‌شوند و به عکس برخی تنها دارای ایزوتوپ‌های رادیواکتیو می‌باشند. تمام عناصری که دارای عدد اتمی بیشتر از ۸۲ باشند در این دسته قرار دارند.

    دگرشکل[ویرایش]

    اتم‌های عناصر خالص می‌توانند با یکدیگر بیش از یک نوع پیوند، ایجاد کرده و در نتیجه با چندین ساختار متفاوت مشاهده شوند. به این اشکال مختلف، آلوتروپ می‌گویند. آلوتروپ‌ها در خواص شیمیایی با یکدیگر متفاوت هستند. برای مثال، کربن می‌تواند به شکل الماس با ساختار چهاروجهی در اطراف هر اتم کربن، به شکل گرافیت با ساختار لایه‌لایه و شش وجهی، به شکل گرافین که تشکیل شده از یک لایه گرافیت و بسیار مستحکم است یا به شکل فولرن با ساختار کروی یافت شود. ریزلوله‌های کربن نیز یکی دیگر از آلوتروپ‌های کربن هستند که از لوله‌هایی با ساختار شش وجهی تشکیل شده‌اند (که حتی در خواص الکتریکی نیز می‌توانند با یکدیگر متفاوت باشند). توانایی یک عنصر برای وجود داشتن به اشکال مختلف آلوتروپی نامیده می‌شود.

    حالت استاندارد یک عنصر شیمیایی، شکلی از آن عنصر است که آنتالپی استاندارد تشکیل آن در شرایط طبیعی کمینه باشد. طبق قرارداد، کمترین آنتالپی استاندارد تشکیل را در محاسبات برابر با صفر در نظر می‌گیرند. برای مثال حالت استاندارد کربن، گرافیت است. زیرا پایدارترین آلوتروپ در بین همه ساختارهای کربن می‌باشد.

    خلوص شیمیایی و خلوص ایزوتوپیک[ویرایش]

    خلوص شیمیایی با خلوص ایزوتوپیک متفاوت است. عنصر خالص ماده ای است که اتم‌های آن دارای عدد اتمی یکسان و یا تعداد پروتون‌های یکسان باشند. در حالیکه از دیدگاه ایزوتوپیک عنصر خالص عنصری است که تنها دارای یک ایزوتوپ پایدار باشد.

    برای مثال اگر ۹۹/۹۹٪ اتم‌های یک سیم مسی از اتم‌های مسی که همگی دارای ۲۹ پروتون باشند، تشکیل شده باشد، از دیدگاه شیمیایی خالص است. اما مس از دیدگاه ایزوتوپیک خالص نیست زیرا مس معمولی از دو ایزوتوپ پایدار cu 63 {\displaystyle {\ce {^{63}cu}}} به میزان 69٪ و Cu 65 {\displaystyle {\ce {^{65}Cu}}} به میزان ۳۱٪ با تعداد نوترون‌های متفاوت تشکیل شده‌است. برخی عناصر مانند طلای خالص هم از دیدگاه ایزوتوپیک و هم شیمیایی خالص هستند زیرا طلای معمولی تنها دارای یک ایزوتوپ ( Au 197 {\displaystyle {\ce {^{197}Au}}} ) می‌باشد .

    خواص عمومی[ویرایش]

    چندین اصطلاح معمولاً برای توصیف خواص فیزیکی و شیمیایی عناصر شیمیایی استفاده می‌شوند.

    رسانایی[ویرایش]

    نخستین وجه تمایز بین فلزات و غیر فلزات، توانایی آن‌ها در رسانایی الکتریکی است. عناصری که توانایی هدایت جریان الکتریسیته را دارند، در گروه فلزات تقسیم‌بندی می‌شوند و عناصری که رسانایی الکتریکی آن‌ها بسیار پایین است، غیر فلزات را تشکیل می‌دهند. در این میان، گروه دیگری از عناصر به نام شبه فلز نیز وجود دارند که خواصی حد واسط بین فلزات و غیر فلزات را نشان داده و به صورت نیم‌رسانا عمل می‌کنند.

    معمولاً چنین تمایزاتی را در حدول تناوبی به تفاوت رنگ‌ها نشان می دهند. به جز تقسیم بندی بر اساس توانایی هدایت جریان الکتریکی، اکتینیدها، فلزهای قلیایی، فلزهای قلیایی خاکی، هالوژن ها، لانتانید ها، فلزهای واسطه، فلزهای پسا واسطه و گازهای نجیب نیز در جدول تناوبی حضور دارند.

    حالت ماده[ویرایش]

    معیار دیگر برای متمایز کردن عناصر از یکدیگر، حالت ماده یا فاز ماده است. در دما و فشار استاندارد، فازهای متصور برای یک عنصر عبارتند از جامد، مایع و گاز. بیشتر عناصر در دمای مرسوم و فشار اتمسفر، جامد هستند. در حالی که برخی گاز بوده و تنها عناصر مایع در دمای صفر درجه سلسیوس (سی و دو درجه فارنهایت) برم و جیوه هستند. گالیم و سزیم نیز در این دما جامد هستند، اما به ترتیب در دماهای ۲۸/۴ سلسیوس و ۲۹/۸ سلسیوس تبدیل به مایع می‌شوند.

    دمای جوش و دمای ذوب[ویرایش]

    دمای جوش و دمای ذوب را که معمولاً در مقیاس سلسیوس در فشار یک اتمسفر ذکر می‌شوند، می‌توان به عنوان معیاری برای تشخیص عناصر از یکدیگر مورد استفاده قرار داد. این دو معیار برای بسیاری از عناصر محاسبه شده‌اند، اما دمای ذوب و جوش برای بسیاری از عناصر مصنوعی و برخی عناصر پرتوزای بسیار کمیاب شناخته شده نیست. هلیم در صفر مطلق نیز مایع باقی می‌ماند؛ بنابراین برای این عنصر، نقطه ذوب تعریف نمی‌شود و تنها نقطه جوش برای آن معنی‌دار است.[۷]

    چگالی[ویرایش]

    چگالی در دما و فشار استاندارد، برای توصیف و تشخیص عناصر از یکدیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد. چگالی معمولاً با واحد g/cm3 بیان می‌شود. از آنجایی‌که تعداد زیادی از عناصر به شکل گاز یافت می‌شوند، چگالی آن‌ها نیز برای حالت گازی، مایع یا شکل جامد آن‌ها به صورت جداگانه بیان می‌شود. برای عناصری که آلوتروپ‌های متفاوت و در نتیجه چگالی‌های متفاوت دارند، معمولاً چگالی یک آلوتروپ به عنوان نماینده چگالی‌های متفاوت آن عنصر عنوان می‌شود. هر چند در صورت نیاز به جزئیات بیشتر می‌توان چگالی هر آلوتروپ را به صورت جداگانه عنوان کرد. مثلاً چگالی سه آلوتروپ معروف کربن یعنی کربن آمورفی، گرافیت و الماس به ترتیب ۱/۸–۲/۱، ۲/۲۶۷ و ۳/۵۱۵ g/cm3 می‌باشد.

    ساختار بلوری[ویرایش]

    عناصری که تاکنون به عنوان نمونه عناصر جامد مطالعه شده‌اند، هشت نوع حالت بلور را نشان می‌دهند: مکعبی، مکعبی مرکز-پر، مکعبی وجه-پر، شش وجهی، مونو کلینیک، اورتورومیک و چهار وجهی. برای برخی عناصر مصنوعی پس از اورانیوم، بلورهایی موجود است که از فرط کوچکی نمی‌توان برای آن‌ها ساختار بلوری تعیین نمود.

    پیدایش عناصر بر روی زمین[ویرایش]

    از بین ۹۴ عنصری که به صورت طبیعی بر روی زمین قرار دارند، ۸۳ عنصر پایدار بوده یا خاصیت پرتوزایی ضعیفی داشته و در دسته عناصر نخستین جای دارند. ۱۱ عنصر باقی مانده نیمه عمری آنقدر کوتاه دارند که نمی توانسته‌اند در ابتدای پیدایش سامانه خورشیدی وجود داشته باشند و بنابراین جزو فلزات واسطه هستند. از بین این ۱۱ عنصر ۵ عنصر پولونیوم، رادون، رادیوم، اکتینیوم و پروتاکتینیوم نسبتاً کمیاب و محصول مشترک رادیوم و توریوم هستند. ۶ عنصر دیگر یعنی تکنتیوم، پرومتیوم، استاتین، فرانسیوم، نپتونیوم و پلوتونیوم که به ندرت یافت می‌شوند محصول واپاشی‌های کم یاب و یا فرایند واکنش هسته ای اورانیوم یا فلزهای سنگین دیگرند.

    تمام عناصر دارای عدد اتمی ۱ تا ۴۰ پایدارند. عناصر دارای اعداد اتمی ۴۱ تا ۸۲ به جز تکنتیوم و پرومتیوم متااستیبل می‌باشند که نیم عمر آن‌ها به اندازه ای بلند است (حداقل ۱۰۰ میلیون برابر بیش از سن تخمین زده شده کیهان که ردیابی واپاشی هسته ای آن‌ها هنور به شکل تجربی امکان‌پذیر است. عناصر با عدد اتمی ۸۳ تا ۹۴ به شکلی ناپایدارند که واپاشی آن‌ها قابل ردیابی است. سه عنصر از این عناصر یعنی بیسموت (عنصر ۸۳)، توریوم (عنصر۹۰)، و اورانیوم (عنصر ۹۲) دارای یک یا بیش از یک ایزوتوپ با نیم عمری به اندازه ای بلند هستند که از فرایند هسته زایی ستاره ای که به نوبه خود عناصر سنگین را پیش از پدید آمدن سامانه خورشیدی تولید نموده است، باقی مانده‌اند. ۲۴ عنصر باقی مانده (از پلوتونیوم به بعد) عناصر سنگین دارای نیم عمر پایینی هستند که به صورت طبیعی یافت نمی‌شوند.

    جدول تناوبی[ویرایش]

    ویژگی‌های عناصر شیمیایی در جدول تناوبی خلاصه می‌شوند. در این جدول، عناصر به ترتیب عدد اتمی در سطرها و ستون‌هایی جای گرفته‌اند. به هر سطر، یک تناوب و به هر ستون، یک گروه می‌گویند. هر چند پیش از مندلیف، کسانی سعی کرده بودند که این جدول را شکل دهند؛ اما افتخار تهیه آن به نام دیمتری مندلیف، شیمی‌دان روس، به سال ۱۸۶۹ ثبت شده‌است. هدف مندلیف در ابتدا نشان دادن خواص تناوبی عناصر بود. با گذشت زمان و به موازات کشف عناصر تازه، جدول بارها دستخوش تغییر و پالایش شد و مدل‌های نظری نوین برای توضیح رفتار شیمیایی عناصر ارائه شد. امروزه استفاده از جدول تناوبی در محیط‌های آموزشی به امری روزمره تبدیل شده‌است.

    نام‌گذاری عناصر[ویرایش]

    نام‌گذاری مواد مختلف که امروزه به نام عنصر شناخته می‌شوند، پیش از ارائه نظریه اتمی آغاز شده بود. بسیاری از فلزات، ترکیب‌ها و آلیاژهایی که در آن زمان از سوی شیمی‌دانان به عنوان عنصر شناخته نمی‌شدند، با توجه به ویژگی‌های زبانی و فرهنگی خاص هر منطقه، دارای نام‌های محلی بودند. حتی پس از شناخته شدن مفهوم عنصر، نام‌های موجود برای عناصر شناخته شده قدیمی مانند جیوه، طلا، نقره، آهن و … در بیشتر کشورهای دنیا حفظ شدند. به منظور برقراری ارتباط ساده‌تر در بین محافل آکادمیک و نیز به منظور تسهیل اهداف تجاری، نام عناصر قدیمی و همین‌طور عناصری که اخیراً کشف شده‌اند، توسط آیوپاک (اتحادیه بین‌المللی شیمی کاربردی و شیمی محض) و بیشتر با نگاهی مثبت نسبت به زبان انگلیسی به عنوان یک زبان بین‌المللی انتخاب می‌شود. مثلاً پذیرش نام طلا (گلد) به جای Aurum به عنوان نام عنصر ۷۹ در حالی که نماد آن یعنی «Au» از زبان لاتین وام گرفته شده‌است، حاصل این رویکرد است.

    در نیمه دوم قرن بیستم آزمایشگاه‌های فیزیک قادر به ساخت هسته عناصر با نیم‌عمر بسیار کوتاه و در کمیتی‌هایی شدند که در هر بازه زمانی بتوان آن‌ها را ردیابی کرد. این عناصر هم توسط آیوپاک معمولاً با پیشنهاد کاشفان آن‌ها نامگذاری می‌شوند. البته در مورد برخی عناصر با عدد اتمی بزرگتر از ۱۰۳ تا مدت‌ها بحث بر سر این بود که کدام گروه زودتر عناصر مذکور را سنتز کرده‌اند و بنابراین نام‌گذاری آن‌ها تا مدت‌ها به تعویق افتاد.

    نماد شیمیایی عناصر[ویرایش]

    عناصر شیمیایی طبق قرارداد با نمادهای شیمیایی نشان داده می‌شوند که از یک یا دو حرف ابتدایی از نام انگلیسی (مانند سدیم (Soda))، آلمانی (مانند تنگستن (Wolfram))، لاتین (مانند مس (Cuprum)) آن عنصر تشکیل شده ‌است. جدول روبرو نشان دهنده نماد و نام برخی عناصر است که ریشه لاتین دارند. هر چند عناصر بسیاری هستند که نام‌های متفاوتی در زبان‌های مختلف دارند، اما نماد هر عنصر در همه زبان‌ها یکسان است.

    نماد شیمیایی عمومی[ویرایش]

    به جز نمادهای عناصر، نمادهای دیگری نیز هستند که در شیمی به صورت تک حرفی و با مفاهیم مشخص استفاده می‌شوند. مثلاً "X" برای اشاره به عناصر گروه هفتم یعنی هالوژن‌ها، "R" برای اشاره به رادیکال‌ها یعنی مواد مرکب مانند زنجیره‌های هیدروکربنی، "Q" برای نشان دادن گرما در واکنش‌های شیمیایی، "L" برای اشاره به لیگاندها در شیمی معدنی و شیمی فلزی آلی و "M" به صورت عمومی برای نشان دادن فلزات به کار می‌روند. "Ln" نیز یک نماد دو حرفی است که برای اشاره به لانتانیدها استفاده می‌شود.

    فراوانی[ویرایش]

    ۱۱۸ عنصر تا سه‌ماهه اول سال ۲۰۱۵ توسط شیمی‌دانان مشاهده شدند. مشاهده به این معناست که حداقل یک اتم از عنصر مورد نظر را بتوان در شرایط معتبر و قابل اطمینان ردیابی کرد. برای نمونه تا امروز تنها سه اتم از عنصر ۱۱۸ ردیابی شده‌است. از این میان آیوپاک تنها ۱۱۲ عنصر ابتدایی به همراه عناصر شماره ۱۱۴ و ۱۱۶ را به رسمیت شناخته‌است.[۸][۹]

    از میان نود و چهار عنصری که در طبیعت یافت می‌شوند، شش عنصر یعنی عناصر تکنسیم، پرومتیم، استاتین، پلوتونیم، فرانسیم و نپتونیم تنها به صورت رادیوایزوتوپ طبیعی در مقادیر بسیار ناچیز یافت می‌شوند.[۱۰] تمام این شش عنصر به علاوه عنصری بنام کالیفرنیم در فضا نیز ردیابی شده‌اند.[۱۰] ۲۲ عنصر دیگر که نه بر روی زمین و نه در فضا یافت نمی‌شوند، به‌طور مصنوعی از عناصر سبک‌تر و به روش همجوشی هسته‌ای ساخته می‌شوند.

    فرایند ساخت عناصر در فضا[ویرایش]

    همان‌طور که اشاره شد تنها ۴٪ مواد موجود در کیهان از اتم و یون تشکیل شده و به عنوان عنصر قابل شناسایی هستند. بقیه ماده موجود در کائنات که ۱۵٪ مواد موجود را تشکیل می‌دهد، ماده تاریک است که ماهیت آن بر ما شناخته شده نیست اما می دانیم که از اتم‌های عناصر شیمیایی تشکیل نشده‌اند زیرا حاوی پروتون، نوترون و الکترون نیستند.

    بر اساس مدل استاندارد کیهان‌شناسی، فراوانی نسبی ایزوتوپ‌های ۹۴ عنصر در جهان هستی حاصل چهار پدیده است:[۱۲]

    هیدروژن فراوان‌ترین عنصر موجود در همه جهان است. پس از آن، هلیم، اکسیژن و کربن، بیشترین فراوانی را در جهان دارند.

    فراوانی بر روی زمین[ویرایش]

    فراوان‌ترین عنصر در کره زمین و اتمسفر آن، اکسیژن با درصد جرمی ۴۹/۲ درصد است. اما فراوان‌ترین عنصر در لایه‌های مختلف کره زمین (هسته، پوسته و گوشته) آهن با درصد جرمی ۴/۷ درصد است.

    نگارخانه[ویرایش]

    جستارهای وابسته[ویرایش]

    پانویس[ویرایش]

    منابع[ویرایش]

    منبع مطلب : fa.wikipedia.org

    مدیر محترم سایت fa.wikipedia.org لطفا اعلامیه سیاه بالای سایت را مطالعه کنید.

    جواب کاربران در نظرات پایین سایت

    مهدی : نمیدونم, کاش دوستان در نظرات جواب رو بفرستن.

    روهان : مواد موجود در جهان هستی تقریبا چند نوع اتم ساخته شده آمد

    میخواهید جواب یا ادامه مطلب را ببینید ؟
    معین 1 ماه قبل
    0

    سلام علیکم السلام علیک شاه زردم که تیپش بهروزه از اون سطلا

    زهرا 1 ماه قبل
    0

    میشه جواب بدید

    0
    Momo 1 روز قبل

    ۹۰ نوع اتم

    زهرا 1 ماه قبل
    0

    میشه جواب بدید

    روهان 11 ماه قبل
    9

    مواد موجود در جهان هستی تقریبا چند نوع اتم ساخته شده آمد

    مهدی 1 سال قبل
    2

    نمیدونم, کاش دوستان در نظرات جواب رو بفرستن.

    0
    Momo 1 روز قبل

    ۹۰ نوع

    برای ارسال نظر کلیک کنید