مقدمه:

چند روز قبل که در کلاس دوم ریاضی بحث شعاع اتمی را تدریس می کردم، بحثمان به اینجا رسیده بود که شعاع کوالانسی یعنی نصف فاصله ی بین دو اتم هم هسته که با پیوند کوالانسی به یکدیگر متصلند...

یکی از دانش آموزان سوال جالبی پرسید: "فاصله ی بین دو اتم که به این اندازه کم است، چگونه اندازه گیری می شود؟"

با این که خیلی خوشحال شدم که یکی از دانش آموزها سوالی بیش از اطلاعات کتاب درسی در ذهنش به وجود آمده است، اما فرصت کم کلاس مجالی برای پاسخ مناسب برای این سوال نگذاشت. پس به حرف یکی از بچه ها اکتفا کردم که به شوخی گفت: با خط کش!!

حال، واقعا فاصله ی بین دو اتم با چه خط کشی اندازه گیری می شود؟

شعاع اتمی چیست؟

همه ی ما می دانیم که اتم شامل هسته ای متمرکز و سنگین با بار مثبت است که الکترون ها با بار منفی در اطراف آن پراکنده اند و هر چه از هسته دورتر می شویم احتمال حضور الکترون هم کمتر می شود. پس ما نمی توانیم مرز مشخصی برای اتم پیشنهاد کنیم.

اما خوشبختانه روش های دیگری وجود دارد تا بتوانیم شعاع اتم ها را با یکدیگر مقایسه کنیم.

- شعاع کوالانسی: اگر دو اتم مشابه با یکدیگر پیوند کوالانسی تشکیل دهند، هسته های آن ها در یک فاصله ای از هم دیگر قرار می گیرند و ما می دانیم که هر چه شعاع اتم ها بزرگتر باشد، هسته ها در فاصله ی دورتری از هم قرار می گیرند. پس فاصله ی بین دو هسته از هم دیگر در این حالت می تواند معیاری برای اندازه ی شعاع اتم ها باشد. با توجه به شکل زیر (سمت چپ) این فاصله شامل شعاع دو اتم است. پس:

به نصف فاصله ی بین دو اتم یکسان در یک مولکول دو اتمی شعاع کوالانسی گفته می شود.

- شعاع واندروالسی: گاهی اتم ها به جای این که با پیوند کوالانسی به طرف هم جذب شوند، با نیروهای خیلی ضعیف تری فقط کنار هم قرار می گیرند. در این حالت به نصف فاصله ی بین دو اتم شعاع واندروالسی گفته می شود.

نور (امواج الکترومغناطیسی) وسیله ای برای دیدن!! اجسام خیلی ریز...

نور همان گونه که باعث دیدن اجسام بزرگ می شود، اجسام خیلی ریزی مانند اتم ها را نیز برای ما قابل مشاهده و لمس می کند. هرچند روش استفاده از آن در این دو سطح با یکدیگر متفاوت است.

همان گونه که ما از سایه ی یک جسم می توانیم اطلاعاتی از خود جسم به دست آوریم، می توانیم از برخورد یک نور با اتم ها و مولکول ها نیز اطلاعات مفید و ارزشمندی به دست آوریم.

نورهای مختلف طول موج های مختلف و انرژی های مختلفی دارند.

همان گونه که در شیمی سال اول خواندیم، هر چه طول موج یک نور (موج الکترومغناطیسی) کم تر باشد، انرژی آن بیشتر می شود. بر اساس طول موج و انرژی امواج الکترومغناطیسی آن ها را به چند دسته تقسیم می کنند.

هر کدام از این انواع موج ها کاربردهای خاص خود را در علوم تجربی دارند.

از مهم ترین انواع موج های الکترومغناطیسی که در شیمی برای شناسایی ساختار مواد استفاده می شود امواج فروسرخ (Infra Red)، امواج مرئی و فرابنفش (Ultra violet and visible) و امواج X هستند. هر کدام از این امواج کاربردهای ویژه ای در شناسایی ساختار مواد بر عهده دارند.

نور؛ خط کشی!! برای اندازه گیری شعاع اتمی و فاصله ی بین دو اتم:

مهم ترین نوع امواج الکترومغناطیسی که برای اندازه گیری فاصله ی بین دو اتم استفاده می شود، امواج X است که امواج با طول موج های خیلی کوتاه (و انرژی خیلی زیاد) هستند.

در اینجا قصد نداریم مکانیسم کار با امواج X را بررسی کنیم. بررسی چنین پدیده ای نیاز به اطلاعات بسیار بیشتر از کتاب های دبیرستان دارد، اما به طور مختصر می گوییم که استفاده از امواج X برای اندازه گیری فاصله ی بین دو هسته مانند استفاده از سایه ی اجسام برای پی بردن به شکل و اندازه ی خود جسم است. به این روش علمی که کمک زیادی به علم شیمی و بیوشیمی کرده است، پراش پرتو X یا کریستالوگرافی با پرتو X گفته می شود.

تفسیر داده های به دست آمده از کریستالوگرافی یا پراش پرتو X گاهی خیلی دشوار است نیاز به دانش کافی در مورد برهم کنش های بین نور و ماده دارد.

تصویر فوق تصویری به دست آمده از پراش پرتو X توسط DNA است که باعث شد ساختار DNA به صورت مستند اثبات شود.