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