Stavba atomu – maturitní otázka z chemie

 

   Otázka: Stavba atomu

   Předmět: Chemie

   Přidal(a): SVerunka

 

 

 

 

POJMY:

Atom: částice chemické látky, která se skládá z jádra (protony- p+ a neutrony- n0; malé a těžké) a elektronového obalu (elektrony- e)

Molekula: částice chemické látky, skládá se ze sloučených atomů, mohou být stejné nebo jiné

Iont: elektricky nabitá částice (kationt kladně, aniont záporně)

názory na stavbu atomu (historické řazení):

  1. Atomistická teorie
    • Atomos = dále nedělitelný, atomisté = Leukipos a Demokritos, tato teorie až do pol. 19. st
  2. Dalton
    • Atomy různých prvků jsou různé, mohou se slučovat (vytvářet molekuly), slučování v určitých poměrech
  3. Pudinkový model (Thompson)
    • pol. 19. st. objevil částici e, které jsou rozházené uvnitř a okolo na celé kouli jsou rozložené kladné náboje ve stejné velikosti jako e

 

e–                                                    kladný náboj

e       e     e

e  e–                e

e    e

 

  1. Planetární model (E. Ruthford)
    • Přirovnání k pohybu planet kolem slunce, přišel na to pokusem, objevil jádro, atom je dělitelný

 

  1. Bohrův model
    • Kvantový model (později zjištěno, že platí jen pro vodík), předpokládá se platnost postulátů=předpokladů (1. Elektrony se pohybují po kružnicové trajektorii-orbitalu o přesně daném poloměru: 2π*m (=hm. e)*r (=poloměr)*v (=rychlost e) = n (=celé kladné číslo)*h (=Plancova konstanta 6, 64*1034); 2. Pohybuje-li se epo stejné kružnici neztrácí ani nepřibírá E-není pravda; 3. Chce-li epřejít na vyšší hladinu, musí se mu dodat energie ve formě záření a naopak E (=kvantum energie) = h (=Plancova konst.)*f (=frekvence záření)

 

  1. Schrödingerův model
    • Výsledkem výpočtů, vlnová fce, na cca 95% určil pravděpodobnost výskytu e v orbitalu

Protonové číslo (Z): udává počet protonů, elektronů v obalu a pořadí v tabulce

 

 

Nukleonové číslo (A): udává počet nuklidů (= protony +neutrony) zaokrouhlená na celá čísla, hmotnost atomu (=hmotnostní číslo) s desetinou čárkou

Neutronové číslo (N):udává počet neutronů v jádře, výpočet: N=A-Z

XzA

 

Prvek: chemicky čistá látka (není částice), složena z atomů, co mají stejně protonové číslo

Sloučenina: chemicky čistá látka, složená z atomů různých prvků, lze zapsat vzorcem

Název směsi Složka směsi příklady
rozptylující rozptýlená
Suspenze kapalina Pev. látka Písek a voda
Emulze kapalina Benzin a voda
Pěna plyn Mýdlová pěna
Dým plyn Pev. látka Listí ve vzduchu
Mlha kapalina Oblaka na obloze

 

Směs: soustava, která se skládá z 2 a více látek

dělíme:1. Heterogenní (jednotlivé látky jsou vidět)

  1. Koloidní (jednotlivé složky nejsou vidět, ale projevují se zákalem…roztok škrobu, bílku)
  2. Homogenní=roztoky (jednotlivé látky nejsou pouhým okem rozeznatelné)
  • Roztoky dělíme:
    • Plynné (vzduch, propanbutanová směs, zemní plyn, LPG)
    • Kapalné

VZNIK:

  • rozpuštěním pev. látky v kap. (NaOH+H2O, jod+benzín), pevná látka musí být rozpustitelná
  • kapalina s kapalinou (roztoky silných kys.)
  • plyn v kapalině (chlór/kyslík/CO2 a voda)
  • pevné (=slitiny; bronz, alpaka, mosaz a ocel)

 

  • nasycené (rozpouštěná látka se za dané teploty a tlaku už více nerozpouští
  • nenasycené

 

Molární hmotnost(M): hmotnost 1 mol látky, M= Mr [g/mol]

Nuklid: Jsou to látky, které jsou složeny ze zcela stejných atomů, tzn. atomů, které mají stejné

protonové i nukleonové číslo.

Izotop: Jsou to atomy stejného prvku, které mají stejné protonové číslo, ale různé nukleonové

číslo, tzn. že se liší počtem neutronů. Izotopy jednoho prvku mají stejné chemické vlastnosti.

Izobar: jsou vůči sobě látky, jejichž atomy mají různá protonová čísla, ale mají stejná nukleonová čísla

Izoton: jsou vůči sobě látky, jejichž atomy mají různé protonové i nukleonové číslo, ale stejný počet neutronů

Složení jádra: nese kladný náboj, je těžké (protony+neutrony; počet se dá najít v tabulce)

Jaderné síly: síly působící mezi nukleony v jádře, krátkého dosahu, nepůsobí na elektrony

Radioaktivita: fyzikální proces, který se týká jádra, platí zákon zachování protonového (Z) a nukleonového (A) čísla; využití při ozařování nádorů, při zjišťování fce štítné žlazy-vpravování do těla radioaktivní jód, při zjišťování fce krevního oběhu, defektoskopie-zjišťování vad materiálu(bubliny a trhliny se zobrazí na snímku), na vyhubení škůdců při dovozu ovoce

  • přirozená=samovolný rozpad jádra za uvolnění tepla a energie

rozpad radia

  • umělá=na neradioaktivní jádro působíme zářením, vzniká jádro radioaktivní + uvolňuje se záření a energie, jádro se samo rozpadá

 

Objevitelé radioaktivity: Henri Becquierelle, Piere a Marie Curie Sklodovští (objevili radioaktivitu)

Radioaktivní záření:

  • a záření (proud jader Helia, kladný náboj, nejslabší, nejméně pronikavé záření-k ochraně stačí papír, když se dostane do těla je životu nebezpečné
  • b+ (proud pozitronů, kladný náboj, pronikavější než a-k ochraně stačí olověná deska)
  • b(proud elektronů, záporný náboj, podobně pronikavý jako b+-ochrana hliníková nebo olověná deska)
  • g záření (nenese náboj, elektromagnetické vlnění, nelze ovlivnit elektrickým/elektromagnetickým polem, ochrana olovo)
  • Neutronové záření (proud neutronů, neutrální náboj, nevychyluje se, ochrana beton, vznik v jaderném reaktoru)

 

Jaderné reakce: dochází k uvolnění velkého velikého množství tepla a energie

  • Syntéza=spojování lehkých jader
    • Probíhá na Slunci (vodíková jádra, spojením vznik těžkých jader He)
    • Je potřeba velké množství energie ke spojení dvou kladných částic
    • Na zemi probíhá v tokamaku (urychlovač částic-CERN, stěny z materiál, který vydrží vysokou teplotu, uvnitř silné elektromagnety, které udrží plazmu od stěn)
    • Nevýhody: dodávání velkého množství energie najednou, spotřebování velkého množství najednou, udržení vysoké dodávky energie najednou
    • Vodíková bomba založena na syntetické reakci, k vyvolání syntetické reakce je potřeba rozbuška

 

  • Štěpení=rozpad těžkých jader
    • Vzniká záření, energie, středně těžká jádra, v přírodě se týká Ra, v jaderných elektrárnách U
      Ev=vazebná energie vztažená na jeden nukleon (říká nám o stabilnosti)
      A=nukleonové číslo

 

Jaderná elektrárna:

  • 3 základní okruhy:
    • Primární
      • Jaderný reaktor, parogenerátor, systém potrubím s vodou… to celé v betonovém kontenementu
      • V reaktoru probíhá řízená řetězová štěpná reakce
      • Do reaktoru ústí regulační tyče (regulace automatická i ruční, lze reakci skoro zastavit)
      • Palivové články jsou z uranu 238 obohaceného o uran 235 (nebo z plutonia)
      • Okolo článků těžká voda (=větší počet neutronů)->zdroj neutronů=podporuje štěpení
        U + n à      Ba +      Kr +   3  n
      • Do jaderného reaktoru studená těžká vodaà(při reakci uvolnění tepla) ohřátá voda do parogenerátoru àv něm systém trubek ve studené voděàohřátí=pára roztáčí turbínu + zchlazení vody z reaktoruàcyklus se opakuje
      • Kontejnment kvůli odstínění záření
    • Sekundární
      • Parní turbína, chladič, generátor
      • Pára z parogenerátoru do turbíny (roztočení, spojena s generátorem=rotor elektromagnet; vznik střídavého napětí)àtím vodní pára ztrácí energiià do kondenzátoru (zde studená voda z chladících věží)à zde z páry vodaàcyklus se opakuje
    • Terciární
      • Chladící věž, potrubí
      • Z nádrže voda do kondenzátoruàpřijme teplo z páryàzpět do věžíàochladí seàzpět do kondenzátoru

 

Radioaktivní (přeměnový) zákon:

N=N0 * e-λ*t           N=udává počet nerozpadlých jader v čase t

N0=původní počet nerozpadlých jader v čase 0s

e=základ přirozeného logaritmu

λ=přeměnová konstanta (u radionuklidů v tabulce)

t=čas udávaný v sekundách

A=A0– e-λ*t            A=aktivita vzorku v čase t

A0=původní aktivita vzorku v čase 0s

AKTIVITA VZORKU=počet radioaktivních přeměn za 1s

Poločas rozpadu:

T=udává dobu za kterou se přemění polovina jader z původního počtu

 

Orbital: prostor, kde se s největší pravděpodobností nachází e, určen kvantovými čísly

Orbit: dráha

Degenerovaný orbital: orbital se stejnou energií (tzn. stejné hlavní i vedlejší kvantové číslo, liší se magnetickým kvantovým číslem), v orbitalu mohou být jen dva elektrony, maximální počet elektronů v dané vrstvě je 2n2)

 

Kvantová čísla:

  • Určují orbital
  • Hlavní kvantové číslo (n)
    • Od 1 do ∞ (7)
    • Odpovídá číslu period
    • Určuje energii orbitalu
  • Vedlejší kvantové číslo (l)
    • Od 0 do n-1
      • n =1 l=0
      • n=2 l=0, 1
      • n=3 l=0, 1, 2
    • upřesňuje energii orbitalu, udává prostorový orbital
      • l=0 tvar koule (s)
      • l=1 tvar prostorové osmičky (p)
      • l=2 složitější tvar (d)
      • l=3 složitější tvar (f)
    • Magnetické kvantové číslo (m)
      • Od –l do +l
        • n=1 l=0       m=0
        • n=2 l=0       m=0
          l=1       m= -1
          m=1
        • n=2 l=0       m=0
          l=1       m= -1
          m=1
        • n=2 l=0       m=0
          l=1       m= -1
          m=1
        • n=3 l=0       m=0
          l=1       m= -1
          m=1
          l=2       m= -2
          m=2
      • udává degenerovanost orbitalů
        • s 1x
        • p 3x
        • d 5x
        • f 7x
      • Spinové magnetické číslo (s)
        • – ½ a ½
        • Týká se elektronu, ne orbitalu
        • Souvisí s „rotací“ elektronu

 

Pravidla zaplňování orbitalů elektrony:

  • Výstavbový princip
    • Nejprve jsou zaplňovány ty orbitaly, které mají co nejnižší energii
    • 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d
  • Doplňkové pravidlo součtu n+l
    • Nižší energie = nižší součet (stejný součet à rozhoduje hl. kvant. číslo)
    • 3s: 3+0=3 (2. nejnižší)
      3p: 3+1=4 (nejvyšší)
      2p: 2+1=3 (nejnižší)
  • Hundovo pravidlo
    • Platí pouze pro degenerované orbitaly (p, d, f)
    • Jsou zaplňovány nejprve po 1 elektronu se stejným spinem, poté až dochází k párování (vůči sobě musejí mít opačný spin)
  • Pauliho vylučovací princip
    • V orbitalu mohou být max. 2 elektrony a tyto elektrony musí mít vůči sobě opačný spin
    • Neexistuje orbital se 2 stejnými kvantovými čísly (musejí mít alespoň opačné spiny)

 

Elektronová konfigurace

  • Úplná pomocí orbitalů
    • 1H: 1s1
    • 16S: 1Ss2 2s2 2p6 3s2 3p4
  • Úplná pomocí rámečků

 

  • Zkráceně pomocí orbitalů (nelze u H a He)
    • 3Li: [2He] 2s2
    • 41: [36 Kr] 5s2 4d3
  • Zkrácený pomocí rámečků
  • VÝJIMKY:
    • Protože takto je to energeticky výhodnější (stabilnější, d-orbital je plně/napůl zaplněn)
    • Cr, Cu, Ag, Au






—————————————————————————

 Stáhnout práci v PDF  Upozornit na chybu

 Učebnice k maturitě  Maturitní kurzy

 Učebnice k VŠ přijímačkám  Kurzy na přijímačky

—————————————————————————

Další podobné materiály na webu: