Složení a struktura chemických látek – otázka z chemie

Otázka: Složení a struktura chemických látek

Předmět: Chemie

Přidal(a): didav

Historické názory na stavbu hmoty

2500 let př.n.l. => Demokritos – názor, že vše kolem nás se skládá z atomů (atom=nedělitelný)
středověk => moc v rukou církve => zákaz zkoumání
stol => rozvojem fyziky a chemie se lidé postupně vrací k atomové teorii
stol => definovány základní chemické zákony
- Zákon zachování hmotnosti (Lavoisier-1774, Lomonosov-1784)
  - součet hmotností látek před reakcí je stejný jako součet hmotností látek po reakci
- Zákon zachování energie
  - celková energie izolované soustavy je v průběhu chemické reakce neměnná
- Zákon stálých poměrů slučovacích (Proust-1799)
  - prvky se spolu slučují ve stálých hmotnostních poměrech, které nezávisí na podmínkách reakce
- Zákon násobných poměrů slučovacích (Dalton)
  - tvoří-li dva prvky dvě nebo více sloučenin, pak hmotnosti jednoho prvku, který se slučuje se stejným množstvím prvku druhého, jsou vzájemně v poměrech, které lze vyjádřit malými celými čísly.
- stol => Dalton – atomová teorie
  - Prvky jsou složeny z atomů, atomy jsou dále nedělitelné a atomy téhož prvku jsou stejné => NEPLATÍ
  - V průběhu chemických reakcí se atomy přeskupují, ale nevznikají ani nemizí a nemohou se měnit v atomy jiného prvku => PLATÍ
  - Atomy různých prvků se slučují vždy v určitém poměru bez ohledu na množství látky => PLATÍ
- 1898 => Thomson – objev elektronu => tzv. pudinkový model = představa elektronu jako hrozinky v hroudě pudinku => atom bude dále dělitelný
- 1896 => Becquerel – radioaktivita
- 1911 => Rutherford – objevitel atomového jádra (NC)*
  - na základě pokusu stanovil poloměr atomového jádra m
  - sestavil tzv. planetární model => atom se dělí na jádro a elektronový obal

Atomové jádro

složeno z protonů a neutronů = nukleony;
Proton:
Neutron:
Prvek – soubor atomů o stejném Z
Nuklid – soubor atomů o stejném Z; N
Izotopy – atomy téhož prvku, které se liší A; např.:

Radioaktivita

1896 – Becquerel => objev radioaktivity
1898 – Marie Curie Sklodowská – objev Ra a Po
: Schopnost atomového jádra nepřetržitě, samovolně vysílat záření za současného rozpadu na atom jiného prvku. Pokud je protonové číslo daného prvku menší než 20, pak mají prvky tuto schopnost pouze v případě, je-li jejich poměr protonového a neutronového čísla 1:1. Pokud je protonové číslo větší než 20, pak se poměr mění Z:N = 2:3
jednotka radioaktivity: 1 becquerel => 1 radioaktivní přeměna jádra za 1 sekundu
Druhy záření
- - proud ; odstínění listem papíru
  - rychlost šíření 10% c => jedná se o proud částic
- - přirozená radioaktivita, proud elektronu
  - částicový charakter, rychlost až 99% c => charakteristické pro vlnění
  - charakteristické pro jádra s větším počtem neutronů => rozpad
- - uměle připravené nuklidy, proud pozitronu (antičástice elektronu)
  - mají přebytek protonu v jádře => zbavuje se jich
  - částicový charakter
- - elektromagnetické vlnění, krátká vlnová délka
  - velká prostupnost hmotou (1,3 cm olova)
  - nejnebezpečnější, doprovázeno alfa i beta záření
  - rentgenové – podobné

Posuvné zákony

Vyšle-li prvek záření alfa, Z klesne o 2 a A o 4 a prvek se v PSP posune o 2 místo doleva;
Vyšle-li prvek záření , Z vzroste o 1, A zůstane stejné a prvek se posune v PSP o 1 místo doprava;
Vyšle-li prvek záření , Z klesne o 1 a A se nezmění. Prvek se posune v PSP o jedno místo doleva;
: U gama záření se uvolňuje pouze energie

Záchyt elektronů:

proton si za určitých podmínek zachytí elektron a vytvoří spolu neutron. Nuklid se posune v PSP o jedno místo doleva;

Poločas rozpadu: Doba, za kterou se rozpadne polovina původního počtu jader radioaktivního prvku. Časový interval se liší.

Užití radioaktivity: lékařství, energie, radiouhlíková metoda

Elektronový obal atomu

Elektron:
Nils Bohr: dánský fyzik, autor kvantového modelu atomu
- Elektrony obíhají kolem jádra po určitých kruhový drahách (orbitalech) na kterých mají stálou energii
- Při přechodu elektronu z jedné dráhy na druhou dochází k vyjádření energie v určitých kvantech
- tuto teorii upravil Sommerfeld => elektrony obíhají po eliptické dráze
léta 20. stol => rozvoj kvantové fyziky; významné objevy
- Dualistická povaha částic v mikrosvětě => částice se mohou chovat budˇ korpuskulárně (částice) anebo jako vlnění
- Heisenbergův princip neurčitosti => Nelze přesně určit místo a hybnost částic v mikrosvětě, lze spočítat pouze pravděpodobnost
Vlnově mechanický model atomu (kvantově mechanický)
- matematický model, podle něhož nelze určit místo a rychlost pohybu elektronů v atomu, ale lze vypočítat pravděpodobnost, s jakou se elektron vyskytuje v určité oblasti (orbitalu) atomu.
- Schrödingerova rovnice: řešením je vlnová funkce a ta popisuje stav částic a atomu
každý elektron atomu lze popsat pomocí tzv. kvantových čísel
- Hlavní kvantové číslo => zn. n
  - udává energii elektronu v atomu a tím i velikost atomového orbitalu ve které se elektron nachází (pravděpodobnost 97%)
  - nabývá hodnot n=1(K);2(L);3(M);4(N);5(O);6(P);7(Q); max. = 7 (dosud známe)
  - hodnota n odpovídá určité energetické vrstvě (slupce)
  - za běžného stavu a podmínek je atom v nejnižším energetickém stavu = základní stav atomu
  - dodáme-li energii => excitovaný stav a elektron přejde do vyšší vrstvy n
  - ionizační energie => množství energie, které musíme dodat atomu, aby došlo k odtržení elektronu (kationt); jedn.: kJ/mol; zn.: I
  - elektronová afinita => množství energie, které se uvolní, přijme-li atom elektron; zn.: A, jedn.: kJ/mol
- Vedlejší kvantové číslo => zn. l
  - určuje tvar orbitalu
  - nabývá hodnot pro dané odpovídající n od 0 po n-1
  - hodnoty l neznačíme číslem ale písmenem; orbitaly typu: s,p,d,f
  - př. n=2 => l=s(0), p(1)
- Magnetické kvantové číslo => zn. m
  - udává polohu orbitalu v prostoru a současně počet orbitalu daného typu
  - nabývá hodnot –l po +l včetně 0
  - s: l=0, m=0 => 1 orbital typu s
  - p: l=1, m=-1,0,1 => 3 orbitaly typu p
  - d: l=2, m=-2,-1,0,1,2 => 5 orbitalů typu d
  - f: l=3, m=-3,-2,-1,0,1,2,3 => 7 orbitalů typu f
- spinové číslo => zn. s
  - udává tzv. spin elektronu => vnitřní moment hybnosti
  - nabývá hodnot => rotuje-li doprava nebo doleva
- Pravidla zaplňování orbitalu elektrony
  - Výstavbový princip (šachovnice)*
    - elektrony obsazují orbitaly postupně podle stoupající energie
    - 1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p
  - Pravidlo n+l
    - elektrony obsazují nejdříve ty orbitaly, které mají nižší součet n+l
    - je-li n+l stejný, dříve orbitaly s nižším n
    - např.: 3s a 2p => 3s: n=3, l=0; 2p: n=2, l=1 ; tedy první bude 2p
  - Pauliho vylučovací princip
    - v každém orbitalu mohou být max. 2.elektrony, které se ale liší spinem
  - Hundovo pravidlo
    - a) v degenerovaných orbitalech se nejdříve zaplňují všechny orbitaly jedním elektronem
    - b) nespárované elektrony v degenerovaných orbitalech mají stejný spin!
    - degenerované orbitaly mají stejné n i l číslo, liší se pouze prostorovým uspořádáním (tedy hodnotou magnetického kvantového čísla)
    - p orbitaly => 3× degenerované
    - d orbitaly => 5× degenerované
  - elektronová konfigurace => zápis orbitalu daného atomu prvku
  - valenční vrstva => nejvýše položena vrstva – s nejvyšší energií
  - valenční elektrony=> nacházejí se ve valenční vrstvě a účastní se chemických vazeb

Další podobné materiály na webu: