Stavba atomu – maturitní otázka z chemie

 

   Otázka: Stavba atomu

   Předmět: Chemie

   Přidal(a): Kuba Kubikula

 

 

 

 

  • Atom = základní stavební částice všech látek
  • Atomisté:
    • Leukippos – zakladatelem atomismu – 5 st. př. n. l.
    • Demokritos – charakterizoval, že hmota se skládá z dále nedělitelných částí (=atomů)
    • Dalton – formulace atomové teorie – 19. století
    • Thomson – objevitel elektronu
  • Atomová teorie:
  • Prvky jsou složeny z atomů, atomy jednoho prvku jsou stejné, atomy různých prvků se liší svými vlastnostmi
  • Při chemických reakcích dochází ke spojování, oddělování a přeskupování atomů, atomy nevznikají, nemizí a ani se nemění na atomy jiných prvků
  • Spojováním dvou nebo více atomů vznikají sloučeniny
  • V určité sloučenině připadá na jeden atom jednoho prvku vždy stejný počet atomů jiného prvku
  • Modely atomu
  • Rutherford (1911) – planetární model – elektrony v atomovém obalu obíhají jádro po neurčených kružnicích
  • Bohr (1913) – stacionární model – elektrony mohou pobíhat jen po kružnicích určitého poloměru = stacionárních drahách, s určitou konstantní energií, energie se mění jen po určitých dávkách = kvantech, a to z přechodu jedné stacionární dráhy na druhou
  • Kvantově mechanický model – z kvantové mechaniky, která elektronům přiřazuje vlastnosti částic i vlnění
  • Dle Heisenbergova principu neurčitosti nelze současně přesně určit polohu a hybnost elektronů
  • Pouze pomocí vlnové veličiny zvané vlnová funkce lze vypočítat pravděpodobnost, s jakou se elektrony v daném okamžiku vyskytují v určité oblasti atomu
  • Grafickým vyjádřením vlnové funkce je část prostoru nazývaná orbital
  • Atomové jádro

Protony (p+) – částice s kladným nábojem, jejich počet v jádře udává protonové číslo Z

Neutrony (n0) – částice bez náboje, jejich počet v jádře udává neutronové číslo N

  • Nukleony = protony + neutrony – počet v jádře udává nukleonové číslo A; A = Z + N

AZX – A se píše jako horní index před značkou prvku
– Z se píše jako dolní index

Např. Atom kyslíku 168O má 8 protonů, 8 neutronů a 16 nukleonů

  • Nuklidy = látky co má stejně protonů, neutronů a nukleonů
  • Izotopy = látky co má stejně protonů, ale různě neutronů; např. 168O, 178O, 188O (liší se jen fyzikálně-chemickými vlastnostmi – hmotnost atomů…)
  • jádra stabilní – prvek se nepřeměňuje (např. olovo)

nestabilní – uvolňuje se elektromagnetické záření (U, Cs, Sr) > radioaktivní

  • Radioaktivita
  • = schopnost nestabilního atomového jádra přeměnit se na jiné a stabilnější jádro jiného prvku za uvolnění radioaktivního záření
  • Poločas rozpadu = doba za kterou se z výchozího počtu atomů přemění jedna polovina
  • Radioaktivita je buď přirozená, nebo umělá
  • Přirozená radioaktivita je samovolný rozpad v přírodě v přírodě se vyskytujících nuklidů = radionuklid (je jich cca 50)
  • 3 typy záření u přirozených radionuklidů
    • Záření α – zadrží i list papíru; proud rychle letících jader atomů helia 24He (částice α); proniká několikacentimetrovou vrstvou vzduchu; nejméně nebezpečné; má silné ionizační účinky; původní jádro se rozpadá tzv. rozpadem α: ZAX > Z-2A-4Y + 24He – vzniklý prvek má o 4 méně nukleonů a o 2 méně protonů
    • Záření β – proud elektronů, které se uvolňují při přeměně neutronu na proton, 100x pronikavější než záření α, ale má menší ionizační účinky; původní jádro se rozpadá tzv. rozpadem β: ZAX > Z+1AY + -10e – nový prvek má o 1 proton víc než původní
    • Záření γ – elektromagnetické vlnění podobné světlu, ale s mnohem větší energií, je nejpronikavějším zářením, nejnebezpečnější, obvykle doprovází záření α a β; olovo odolává tomuto záření
    • Umělá radioaktivita nesamovolný rozpad umělých nuklidů = vznikají působením jiných částic nebo záření na stabilní nuklidy
    • Tímto způsobem vznikly transuranové prvky (aktinoidy s vyšším Z než má uran) + Te, Pm, At, Fr; je známo přes 1000 umělých radionuklidů
  • Jaderné reakce
    • Přeměny jader, které nastanou při srážkách jader s jinou částicí

Štěpné reakce

  • Rozpad těžšího jádra na dvě lehčí (v jaderných reaktorech)

Termonukleární reakce

  • Spojování lehčích jader vznikají jádra těžší (zdroj energie hvězd, termonukleární zbraně)
    • Jaderné reaktory
      • Využívá se energie uvolněné při řízených štěpných reakcích
      • Na jádro 235U dopadá neutron a může je štěpit na 2 jádra jiných prvků, při tom se uvolní energie a 2-3 další neutrony (mohou vyvolat další štěpení) > řetězová reakce
      • Reakci vyvolávají štěpné neutrony, co se pohybují dostatečně pomalu (když se pohybují rychle, je jádrem uranu pohlcen a jádro se neštěpí)
      • Moderátory = zpomalují neutrony, ale nepohltí (např. grafit)
      • Uvolněná energie se mění na elektrickou energii
      • Řídící tyče (z karbidu boru nebo slitiny kadmia) – nadbytečné neurony jsou jimi pohlcovány, aby nedošlo k neřízenému prudkému vzrůstu rychlosti štěpné reakce
    • Jaderné zbraně
      • Energie se uvolňuje neřízeně
    • Elektronový obal
      • Tvořeno elektrony (e) = částice se záporným nábojem, kompenzují kladný náboj jádra; jejich počet je v neutrálním atomu roven počtu protonů v jádře (Z)
      • Elektronová hustota = hodnota pravděpodobnosti výskytu elektronu v daném místě
        • Orbitaly = oblasti, kde je nejhustší hustota elektronů v elektronovém obalu
      • Hlavní kvantové číslo n – určuje energii elektronu v atomu – hodnoty od 1 do nekonečna; elektrony se stejným kvantovým číslem tvoří elektronovou vrstvu (slupku), jednotlivé slupky se značí písmeny K, L, M, N, O, P, Q (1,2,3,4,5,6,7)
      • Vedlejší kvantové číslo l určuje tvar a energii orbitalu – hodnoty od 0 až n-1
      • Magnetické kvantové číslo m určuje orientaci orbitalu – od –l do +l včetně 0
      • Rozlišujeme orbitaly s, p, d, f
        • Orbital sje kulově symetrický (pro dané n je jen 1 orbital s)
        • Orbital p má 3 možné prostorové orientace (pro dané n existují 3 orbitaly p)
        • Orbital d má 5 možných prostorových orientací (pro dané n existuje 5 orbitalů d)
        • Orbital f má 7 možných prostorových orientací (pro dané n existuje 7 orbitalů f)
      • Podslupka = degenerované orbitaly – elektrony se stejným l a n, mají stejnou energii a liší se pouze m
      • Spinové kvantové číslo s – určuje rotaci elektronu kolem vlastní osy – má jen dvě hodnoty – charakteristika samotného elektronu
    • Elektronová konfigurace atomu
      • Ukazuje obsazení atomových orbitalů elektrony (opačný směr šipek značí, že mají opačný spin – opačné s)
      • Pauliho princip – v atomu nemohou být elektrony, které by měly všechna 4 kvantová čísla shodná, musí se lišit alespoň s, v každém orbitalu mohou být maximálně 2 e

Orbital s max. 2 e              Orbital p max. 6 e

 

 

Orbital d max. 10 e–                               Orbital f max. 14

  • Hundovo pravidlo – orbitaly se stejnou energií (degenerované) se obsazují nejprve všechny po jednom elektronu se stejným s, a teprve pak druhým elektronem s opačným spinem

                                                                 7N

  • Výstavbový princip – orbitaly s nižší energií se zaplňují dříve než orbitaly s vyšší energií, nejprve se zaplňují orbitaly s menším součtem n+l, v případě rovnosti se nejdříve obsadí orbitaly s menším n
n = 1 l = 0 1s 1
n = 2 l = 0 2s 2
l = 1 2p 3
n = 3 l = 0 3s 3
l = 1 3p 4
l = 2 3d 5
n = 4 l = 0 4s 4
l = 1 4p 5

 

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p – 4s má nižší energii než 3d

 

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p

 

 

 

 

  • Elektrony obsazené v nejvýše položené vrstvě = ve valenční vrstvě se nacházejí valenční elektrony; určují chemické vlastnosti atomu prvku

Př. dusík 7N  1s2 2s2 2p3  má 5 valenčních elektronů 2s2 2p3

  • Platí pro atomy v základním stavu = stav s nejnižší energií
  • Při dodání energie se atom dostane do excitovaného stavu – 1 nebo více elektronů přejde do vyšší energetické hladiny = excitace

6C                                               6C*

  • Ionizace = proces, při kterém se dodáním dostatečně velké energie odtrhne jeden nebo postupně více elektronů od atomu a z elektroneutrálního atomu vznikne kladně nabit ion = kation < ionizační energie

Elektrony  se po odtržení mohou spojit s jinou, doposud neutrální částicí a vzniká náporně nabitý ion = anion < energie = elektronová afinita






—————————————————————————

 Stáhnout práci v PDF  Upozornit na chybu

 Učebnice k maturitě  Maturitní kurzy

 Učebnice k VŠ přijímačkám  Kurzy na přijímačky

—————————————————————————

Další podobné materiály na webu: