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):
- Atomistická teorie
- Atomos = dále nedělitelný, atomisté = Leukipos a Demokritos, tato teorie až do pol. 19. st
- Dalton
- Atomy různých prvků jsou různé, mohou se slučovat (vytvářet molekuly), slučování v určitých poměrech
- 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–
- Planetární model (E. Ruthford)
- Přirovnání k pohybu planet kolem slunce, přišel na to pokusem, objevil jádro, atom je dělitelný
- 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 e– po stejné kružnici neztrácí ani nepřibírá E-není pravda; 3. Chce-li e– přejít na vyšší hladinu, musí se mu dodat energie ve formě záření a naopak E (=kvantum energie) = h (=Plancova konst.)*f (=frekvence záření)
- 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)
- Koloidní (jednotlivé složky nejsou vidět, ale projevují se zákalem…roztok škrobu, bílku)
- 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
- Vzniká záření, energie, středně těžká jádra, v přírodě se týká Ra, v jaderných elektrárnách U
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
- Primární
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
- Od –l do +l
- Od 0 do n-1
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