Složení a struktura atomu – maturitní otázka z chemie (2)

 

   Otázka: Složení a struktura atomu

   Předmět: Chemie

   Přidal(a): Tereza

 

STAVBA ATOMU

– atom = nejmenší chemicky nedělitelná částice
– velikost atomu

. . . poloměr 10-10m
. . . poloměr jádra 10-14m
. . . hmotnost 10-27kg

– atom se skládá z atomového jádra a elektronového obalu, jenž může za to, že prvky reagují
protonové číslo určuje chemické vlastnosti prvku a je rovno počtu elektronů v obalu
– soubor atomů s určitým protonovým a určitým nukleonovým číslem se nazývá nuklid
chemický prvek je soubor atomů se stejným protonovým číslem
– atomy téhož prvku, které se liší nukleonovým číslem, se nazývají izotopy
– atomy se shodným nukleovým a různým protonovým číslem nazýváme  izobary


ATOMOVÉ JÁDRO

– nacházejí se zde nukleony: protony a neutrony     p+1, n0
– poloměr je tedy asi 10-14m
– je zde soustředěna prakticky veškerá hmotnost atomu
– částice drží pohromadě jaderné síly (v jádře jsou odpuzující se částice souhlasného náboje)
– jaderné síly jsou: síly krátkého dosahu (působí pouze na nukleony v atomovém jádře)
nezávislé na náboji (p-p, p-n, n-n)
– složení jádra určitého atomu (X) zapisujeme takto:

                A je nukleonové (též hmotnostní) číslo, které udává počet protonů a neutronů

                Z je protonové (též atomové) číslo, které udává počet protonů

– jádra jsou části nestabilní a samovolně se rozpadají (ať my chceme, či nikoli) → při rozpadu se uvolňuje radioaktivní záření


Radioaktivita

= samovolný rozpad atomových jader za vysílání záření

  • α záření
    • když má jádro velký počet nukleonů
    • vyzáří 2p a 2n, tedy 4 nukleony – tj. vlastně heliové jádro
    • vyskytuje se u těžkých prvků z konce periodické tabulky
    • má vysokou hmotnost a nízkou pronikavost (lze jej odstínit listem papíru)
    •             jaderná rovnice vyjadřující průběh alfa rozpadu radia za vzniku radonu
  • β záření
    • neutron se přemění na proton, aby to bylo možné, vznikne v jádře i elektron, který je vymrštěn
    • je to tedy proud elektronů vyzařovaných z jádra
    • je mnohem pronikavější než α záření
    •             jaderná rovnice zachycující β rozpad thoria na protaktinium
  • γ záření
    • neboli elektromagnetické záření krátké vlnové délky
    • jádro (excitované) má hodně energie, kterou vyzáří, čímž tu svoji snižuje (nedochází ke změně prvku)
    • značí se zvlněnou šipkou
    • nenese žádnou hmotnost ani náboj
    • je velice pronikavé a nebezpečné (izoluje se olověným blokem)
  • existuje ještě umělá radioaktivita (vše doposud je přirozená) – dokážeme připravit radioaktivní izotopy prvků, které se v přírodě nevyskytují
    je radioaktivní, v přírodě se nevyskytuje, ale umíme jej připravit       ostřelování hliníku alfa zářením
  • o změnách prvků působením radioaktivity hovoří posuvové zákony
    . . . při alfa záření – prvek se posouvá tabulkou o dvě místa doleva (protonové číslo se mění o -2)
    . . . při beta záření – prvek se posouvá a jedno místo doprava (protonové číslo se mění o +1)
    . . . při gama záření ke změně prvku ani protonového čísla nedochází
  • radioaktivitu lze charakterizovat veličinou poločas rozpadu = doba, za kterou se přemění právě polovina počtu jader ve vzorku (může to být v řádech sekund až tisíců let)


ELEKTRONOVÝ OBAL

– v elektronovém obale se nacházejí elektrony, což jsou částice zanedbatelné hmotnosti a záporného náboje     e-1
– počet elektronů je za běžných podmínek roven počtu protonů
– pokud dojde k odtržení elektronu, vzniká kation; naopak přijme-li atom cizí elektron, vzniká anion
– kvantově mechanický model – je matematický → dá se pouze vypočítat, ne představit
– informuje nás o tom, jak vypadá elektronový obal
– v každém okamžiku nemůžeme určit, kde se elektron nachází, pouze dokážeme spočítat, kde by se mohl vyskytovat s největší pravděpodobností
– část prostoru s největší pravděpodobností výskytu elektronu = orbital
– čím nižší je energie elektronu, tím pravděpodobnější ji, že bude blíž u jádra
– energii označujeme číslem (1, 2, 3…)

– elektron s nejnižší energií bude nejčastěji v orbitalu 1s
– tvar orbitalu se označují malými psacími písmeny: s (kruh), p (činka), d, f
– elektron s vyšší energií se vyskytuje v orbitalu 2s – přeskakuje z jedné do druhé největší pravděpodobnosti
– orbital 2p tvaru osmičky/činky . . . v prostoru se může vyskytnout ve třech rovinách (x, y, z)
– orbital 3s – elektron s ještě větší energií přeskakuje mezi třemi největšími pravděpodobnostmi
– další orbitaly: 3p, 3d, 4s, 4p, 4d, 4f

 

Pravidla pro výstavbu elektronového atomu

Výstavbový princip . . . nejprve se obsazují orbitaly s nejnižší energií
Pauliho princip výlučnosti . . . do každého orbitalu se vejdou maximálně dva elektrony, které se liší spinem (spin popisuje rotaci -1/2, +1/2)
Hundovo pravidlo . . . u degenerovaných orbitalů se obsazují nejprve jednotlivé orbitaly, teprve poté se tvoří elektronové páry – p je 3x degenerovaný

– soubor orbitalů se stejným kvantovým číslem = elektronová vrstva
K    1s;                          L             2s,2p;                    M            3s, 3p, 3d
– pro chemické vlastnosti prvků je důležitá poslední elektronová vrstva (ne všechny) – valenční vrstva
= soubor orbitalů s nejvyšším hlavním kvantovým číslem
– elektrony, které vnější orbitaly obsazují, jsou valenční elektrony  (jádro atomu je poutá nejslaběji → snadno se podílejí na vzniku chemických vazeb s okolními atomy)
– u základních prvků je počet elektronů valenční vrstvy shodný s číslem skupiny periodického systému (případně -10)


Kvantová čísla

= soubor čísel popisující každý orbital a elektron
– jsou celkem čtyři a žádné dva elektrony v atomu je nemají shodná
Hlavní kvantové číslo                n
– může nabývat hodnot 1 – ∞, známé jsou však 1 – 7 (stejně jako period)
– udává energii orbitalu (čím vyšší, tím vyšší)
Vedlejší kvantové číslo              l
– určuje tvar orbitalu (s, p, d, f)
– nabývá hodnot 0 – (n – 1)
– s hlavním kvantovým číslem 2 existují pouze orbitaly s a p
Magnetické kvantové číslo       m
– udává orientaci v prostoru
– nabývá hodnot (-l) – (+l) . . . . . l = 0 -> s orbital je jen jeden
l = 1 -> p orbitaly jsou tři (-1, 0, 1)
l = 3 -> d orbitalů je pět (-2, -1, 0, 1, 2)
Spinové kvantové číslo              s
– udává rotaci elektronu
– hodnota -½ nebo +½
– každý jeden elektron můžeme popsat souborem kvantových čísel (Na – n=3, l=0, m=0, s=½ ↑)

 

ELEKTORNOVÁ KONFIGURACE

Pravidlo o součtu n + l
– nejprve se obsazují orbitaly se součtem n + l co nejmenším
– při rovnosti má přednost orbital s menším n
1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, …

– počet elektronů v daném orbitalu se zapisuje číslem vpravo nahoru k tvaru orbitalu

– ohledně reaktivity a vlastností mě zpravidla zajímají pouze elektrony poslední, tedy valenční, vrstvy
– používá se proto zjednodušený zápis pomocí předchozího vzácného plynu
postup: vyhledám předchozí vzácný prvek, s a p mají hlavní kvantové číslo shodné s číslem periody, d orbitaly mají n o jedna menší než je číslo periody, f orbitaly o dvě nižší
– u iontů se postupuje obdobně, ale podle oxidačního čísla přidám (/uberu) odpovídající počet elektronů k základní elektronové konfiguraci prvku






—————————————————————————

 Stáhnout práci v PDF  Upozornit na chybu

 Učebnice k maturitě  Maturitní kurzy

 Učebnice k VŠ přijímačkám  Kurzy na přijímačky

—————————————————————————

Další podobné materiály na webu: