Otázka: Atom a molekula
Předmět: Chemie
Přidal(a): Dituse
Atom
· = základní stavební částice všech látek
· Skládá se ze 2 částí:
o Kladně nabité jádro
o Záporně nabitý elektronový obal
· Jádro se skládá z kladně nabitých protonů a neutrálních neutronů -> nukleony
· Elektronový obal je tvořen záporně nabitými elektrony
Molekula
· = elektroneutrální skupina 2 nebo více atomů spojených navzájem chemickou vazbou
· Existují 2 typy molekul:
o Stejnojaderné (homonukleární) – obsahují atomy stejného prvku (H2)
o Různojaderné (heteronukleární) – obsahují atomy různých prvků (HCl)
Prvek
· = chemicky čistá látka složená z atomů se stejným protonovým číslem
· Atomy prvků mohou být volné (He), vázané v molekulách (Cl2) nebo v krystalové struktuře (uhlík v diamantu)
Sloučenina
· = chemicky čistá látka tvořená stejnými molekulami sloučenými ze 2 a více různých atomů prvků (CO2), nebo ionty vázanými v krystalové struktuře (NaCl)
Orbital
· Oblast s nejhustším výskytem elektronů v elektronovém obalu (s největší elektronovou hustotou)
· Orbitaly rozlišujeme na s, p, d, f
Relativní atomová hmotnost
· Jednotka: nemá jednotku, je to bezrozměrná veličina
· Podíl hmotnosti atomu a atomové hmotnostní konstanty
· mu = 1,661*10-27kg
Látkové množství
· Jednotka: mol – používá se při bilancování chemických dějů
· Charakterizuje množství částic v látce
· Avogadrova konstanta: 6,023*1023 udává počet částic odpovídající látkovému množství 1 mol
Izotop
· Atom se stejným počtem protonů, ale s různým počtem neutronů
· Většina prvků se vyskytuje jako směs více izotopů, ale v přírodě převládá jen jeden
· Př.: kyslík má 3 izotopy: 168C, 178C, 188C, nejčastěji je ale zastoupen nuklid 168C
· Izotopy jednoho prvku mají stejné chemické vlastnosti, liší se fyzikálními vlastnostmi, např. hmotností atomů
Nuklid
· = látka složená z atomů, jejichž jádra mají stejný počet protonů a neutronů -> stejný počet nukleonů
Historie objevení atomu
· První zmínky o složení látek vznikly už ve středověku
Demokritos
· Prohlásil, že hmota se skládá z velmi malých částeček (atomů), které jsou již nedělitelné a nejde je už dále vytvářet nebo ničit
John Dalton
· Každá hmota se skládá z atomů – nedělitelných částic
· Atomy jednoho prvku jsou stejné
· Atomy různých prvků se liší svými vlastnostmi
· Při chemických reakcích dochází ke spojování, oddělování a přeskupování atomů, atomy při nich nevznikají, nemizí a ani se nemění na atomy jiných prvků
· Spojováním 2 nebo více prvků vznikají látky nové – chemické sloučeniny
· V určité sloučenině připadá 1 atom 1 prvku vždy na stejný počet atomů jiného prvku
Thomsonův pudinkový model atomu
· Joseph John Thomson při studiu katodového záření roku 1897 objevil elektron – první subatomární částici a vyvrátil tak Daltonovu teorii o nedělitelnosti atomu
· Na základě tohoto objevu vytvořil Thomsonův model atomu (pudinkový), který předpokládal, že atom je tvořen rovnoměrně rozloženou kladně nabitou hmotou, ve které jsou (jako rozinky v pudinku) rozptýleny záporně nabité elektrony
Rutherfordův planetární model atomu
· Ernest Rutherford na začátku 20. století dokázal, že většina hmoty s kladným nábojem je umístěna ve velmi malém prostoru ve středu atomu
· Planetární model spočívá v tom, že kolem kladně nabitého jádra obíhají záporně nabité elektrony podobně, jako planety obíhají kolem Slunce
· Později zjistil, že jádro atomu vodíku je nejjednodušším jádrem a je tvořeno pouze 1 částicí (protonem), která je také obsažena v jádrech ostatních atomů
James Chadwick
· Roku 1932 objevil neutron, který se v jádře nachází spolu s protony
Bohrův model atomu
· Niels Bohr upravil Rutherfordovu teorii tak, že se elektrony pohybují kolem jádra po uzavřených dráhách o určitém poloměru bez vyzařování elektromagnetického záření
· Energie elektronu se může měnit pouze nespojitě, ve skocích, v kvantech energie
Kvantově mechanický model atomu
· Je založen na principech kvantové fyziky
· Louis de Broglie prohlásil, že elektrony mají nejen částicové, ale i vlnové vlastnosti (elektronový mikroskop)
· Erwin Schrödinger tuto teorii zpracoval ve formě složitých rovnic a vznikl nový model atomu
· Podle Schrödingera nemůžeme určit konkrétní dráhu elektronu, ale jen určit pravděpodobnost, kde se elektron nachází
Stavba atomového obalu
· Elektronový obal obklopuje atomové jádro a zaujímá většinu prostoru atomu
· Je tvořen pouze elektrony, proto má záporný elektrický náboj
· Atom jako celek je neutrální, proto obal neutralizuje jeho kladně nabité jádro
· V neutrálním atomu je stejný počet protonů a elektronů
· U kladně nabitých iontů je počet elektronů menší a u záporně nabitých větší
· Hmotnost elektronového obalu tvoří cca 0,01% celkové hmotnosti atomu
· Vlastnosti elektronů lze charakterizovat 4 kvantovými čísly:
o Hlavní kvantové číslo
o Vedlejší kvantové číslo/orbitální číslo
o Magnetické číslo
o Spinové kvantové číslo
· Ve složitějších atomech se nachází více elektronů, musíme brát v potaz spin elektronu
· Elektrony v obalu se umisťují do orbitalů
· Elektrony, které se nacházejí ve vnější slupce obalu, se nazývají valenční elektrony
· Valenční elektrony jsou významné pro chemické vazby a jsou odpovědné za chemické vlastnosti atomu/molekuly
· Schrödingerova rovnice popisuje pohyb elektronu v kvantové mechanice pomocí vlnové funkce ψ
· Ψ popisuje stav elektronu
· Fyzikální význam |ψ|2udává pravděpodobnost výskytu elektronu
Kvantová čísla
Hlavní kvantové číslon
· Určuje energii elektronu v atomu a nabývá hodnot N+
· elektrony se stejným kvantovým číslem tvoří elektronovou vrstvu, které se značí: K, L, M, N, O, P, Q,… nebo čísly 1, 2, 3, … podle rostoucího n
Vedlejší kvantové číslo/orbitální číslo l
· Určuje tvar a energii orbitalu a nabývá hodnot 0 – (n-1)
· Hodnoty vedlejšího kvantového čísla se označují s, p, d, f a píší se za hlavní kvantové číslo
Magnetické kvantové číslom
· Určuje orientaci orbitalu v prostoru a nabývá hodnot od –l do +l (všechna kladná celá čísla včetně 0) -> 2l + 1
Spinové kvantové číslos
· Charakterizuje rotaci elektronu kolem vlastní osy
· Nabývá jen 2 hodnot: -0,5 a + 0,5
· Toto číslo necharakterizuje obal, ale elektron
Elektronová konfigurace
· Obsazení jednotlivých orbitalů se řídí 3 pravidly:
Výstavbový princip (princip minimální energie)
· Orbitaly s energií nižší se zaplňují elektrony dříve než orbitaly s vyšší energií
Hundovo pravidlo
· V degenerovaných orbitalech (orbitalech se stejnou energií) vznikají elektronové páry teprve po obsazení každého orbitalu 1 elektronem
· Nepárové elektrony v degenerovaných orbitalech mají stejný spin
Pauliho princip
· V atomu nemohou být elektrony, které by měly všechna 4 kvantová čísla stejná, musí se lišit alespoň spinovým kvantovým číslem
· V každém orbitalu mohou být maximálně 2 elektrony:
o Hladina s – 2 elektrony
o Hladina p – 6 elektronů
o Hladina d – 10 elektronů
o Hladina f – 14 elektronů
