Otázka: Vlastnosti atomu a jeho struktura
Předmět: Chemie
Přidal(a): LS
ATOM
= základní stavební částice všech látek
– atomisté: Leukippos a Démokritos (5 stol. př. n. l.) vymysleli představu atomu, že látky jsou složené z nepatrných a nedělitelných částeček – atomů (atomos=nedělitelný)
-> až do roku 1803
– John Dalton zformuloval ATOMOVOU TEORII -> upřesňuje:
- prvky jsou složeny z malých částic atomů, kdy atomy jednoho prvku jsou stejné a atomy různých prvků se liší svými vlastnostmi
- při chem. reakcí dochází ke spojování, oddělování a přeskupování atomů, atomy při nich nevznikají, nemizí, nemění se na atomy jiných prvků
- spojováním atomů 2 nebo více prvků vznikají nové látky -> chemické sloučeniny
- v určité sloučenině připadá na 1 atom jednoho prvku vždy stejný počet atomů prvku jiného
– 1898 – Thompson objevil elektron
-> vymyslel THOMPSNŮV PUDINGOVÝ MODEL = celý atom je kladně nabitý rosol a v tom plavou záporně nabité elektrony
-1911 – E. Rutherford – objevil proton -> Rotherfordův planetární model = atomy mají svou vnitřní strukturu a skládají se z kladně nabitého jádra obklopeného záporně nabitými částicemi
– 1913 – N. Bohr -> Bohrův model atomu
– dnes víme, že atomy mají vnitřní strukturu: prvek-> atom-> jádro a elektrony-> neutrony a protony-> kvarky->kvark
– atomy tvoří kladně nabité jádro a záporně nabitý elektronový obal
– protony, elektrony a neutrony -> ELEMENTÁRNÍ ČÁSTICE
– elektrony jsou také FUNDAMENTÁLNÍ ČÁSTICEMI (nemají vnitřní strukturu)
– protony a neutrony jsou tvořeny TROJICÍ FUNDAMENTÁLNÍCH ČÁSTIC = KVARKY
- ATOMOVÉ JÁDRO
– jádro se skládá:
- z PROTONŮ p+ = částice s kladným nábojem, jejich počet v jádře udává protonové číslo Z (definuje prvek)
- z NEUTRONŮ n0 = částice bez náboje, jejich počet v jádře udává neutronové číslo N
– charakterizuje každý prvek
– protony a neutrony nazýváme NUKLEONY -> počet v jádře udává nukleonové číslo A
– NUKLEONOVÉ ČÍSLO
– platí: A= N+Z
– A se píše jako horní index před značkou prvku
– Z se píše jako dolní index před značkou prvku
– např.: atom kyslíku má 8 protonů, 8 neutronů, 16 nukleonů
– látky složené z atomu, jejichž jádra mají stejný počet protonů a neutronů -> stejný počet nukleonů -> se nazývají NUKLIDY (všechny atomy jsou stejné)
– atomy se stejným počtem protonů a různým počtem neutronů -> IZOTOPY
– IZOTOPY
– většina přírodních prvků má více izotopů
-většina prvků se vyskytuje jako směs více izotopů, v přírodě převládá jeden z nich
– izotopy se zahrnují k jednomu prvku
– izotopy jednoho prvku se liší fyzikálními vlastnostmi, fyzikálně-chemickými vlastnostmi (hmotnost atomů)
– mohou mít odlišný vliv na živé organismy (D2O je toxická na rozdíl od H2O)
– PRVEK = látka tvořená atomy se stejným protonovým číslem
– ISOBARY= 2 atomy, které mají stejné nukleonové číslo
– čím větší je poměr neutronů k protonu v jádře, tím je prvek méně stabilní
– nejméně stabilní jsou radioaktivní prvky
- STAVBA ELEKTRONOVÉHO OBALU
– tvořen elektrony se záporným nábojem
– podmiňuje chemické vlastnosti každého prvku
– ELEKTRONOVÁ HUSTOTA = hodnota pravděpodobnosti výskytu elektronu v daném místě
– oblasti nejhustšího výskytu elektronů v elektronovém obalu se nazývají ORBITALY
– kvantová čísla popisují každý 1 elektron v orbitalu
– máme 4 orbitaly proto také 4 kvantová čísla
– kvantová čísla jsou:
- HLAVNÍ KVANTOVÉ ČÍSLO n
= určuje energii elektronu v atomu (orbitalu)
– nabývá hodnot 1 až ∞ (přirozená čísla)
– elektrony se stejným hlavním kvantovým číslem tvoří elektronovou vrstvu, jednotlivé vrstvy se značí K.L.M.N.O.P.Q.,,, nebo čísly 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,… podle rostoucího n
- VEDLEJŠÍ KVANTOVÉ ČÍSLO l
– určuje tvar a energii orbitalu
– nabývá hodnot 0 až n-1 (celá čísla)
– hodnoty vedlejšího kvantového čísla se označují určitým písmenem, písmena se píšou za hlavní kvantové číslo např.: 1p
- MAGNETICKÉ KVANTOVÉ ČÍSLO m
– určuje nám prostorovou orientaci orbitalů
– nabývá hodnot -l do +l včetně 0 (celá čísla)
- SPINOVÉ KVANTOVÉ ČÍSLO s
– charakterizuje rotaci elektronu kolem vlastní osy
– nabývá hodnot + , –
– zabývá se konkrétním elektronem
-> PAULIHO PRINCIP VÝLUČNOSTI = každý elektron má vlastní sestavu kvantových čísel
– máme 4 typy orbitalů: s, p, d, f
- ORBITAL s
– má tvar koule
– elektrony se nacházejí kolem průsečíku s
– pro dané n existuje jen jeden orbital s
- ORBITAL p
– pro vedlejší kvantové číslo 1
– má 3 možné prostorové orientace
– pro dané n existují 3 orbitaly p
- ORBITAL d
– pro vedlejší kvantové číslo 2
– má 5 možných prostorových orientací
– pro dané n existuje 5 orbitalů d
- ORBITAL f
– pro vedlejší kvantové číslo 3
– má 7 možných prostorových orientací
– pro dané n existuje 7 orbitalů f
– jsou to složité tvary
– elektrony se stejným hlavním i vedlejším kvantovým číslem tvoří podslupku, mají stejnou energii a liší se magnetickým kvantovým číslem
– orbitaly se stejnou energií se nazývají DEGENEROVANÉ ORBITALY
– ELEKTRONOVÁ KONFIGURACE = popis energie a rozestavění elektronů v orbitalu
– k znázornění se používá rámečkový diagram
– elektrony značíme šipkami
– opačný směr šipek značí, že mají elektrony opačný spin
– pro zaplňování elektronového obalu elektrony platí určitá PRAVIDLA:
- PAULIHO PRINCIP
= v atomu nemohou být elektrony, která by měla všechna kvantová čísla shodná, muší se lišit alespoň skupinovým kvantovým číslem
– v každém orbitalu mohou být nejvýše 2 elektrony a proto:
- na hladině s mohou být nejvýše 2 elektrony
- na hladině p může být nejvýše 6 elektronů
- na hladině d může být nejvýše 10 elektronů
- na hladině f může být nejvýše 14 elektronů
- HUNDOVO PRAVIDLO
= orbitaly se stejnou energií se obsazují nejprve všechny po jednom elektronu se stejným spinovým číslem a pak druhým elektronem s opačným spinem
- VÝSTAVBOVÝ PRINCIP
= orbitaly s nižší energií se zaplňují dříve, než orbitaly s vyšší energií
– shrnuje všechna předchozí pravidla + graf. zobrazení
– elektrony obsazené v energeticky nejvýše položené vrstvě tzv. VALENČNÍ VRSTVĚ, se nazývají VALENČNÍ ELEKTRONY -> určují chemické vlastnosti prvku např.: dusík s konfigurací má 5 valenčních elektronů 2s22p3
-> uvedená pravidla platí pro elektronovou konfiguraci atomu v ZÁKLADNÍM STAVU (stav s nejnižší energií)
– dodáním energie se atom dostane do EXITOVANÉHO STAVU a 1 nebo více valenčních elektronů přejde do vyšší energetické hladiny -> EXITACE
– IONIZACE = proces, při kterém se dodáním dostatečně velké energie odtrhne 1 nebo postupně více elektronů od atomu a z elektroneutrálního atomu vznikne kladně nabitý ion -> KATION
IONIZAČNÍ ENERGIE = energie nutná k odtržení elektronu od atomu v plynném stavu
– elektrony se po odtržení mohou spojit s jinou, dosud neutrální částicí a vzniká tak záporně nabitý ion -> ANION
– ELEKTRONOVÁ AFINITA = energie uvolněna při vzniku aniontu z atomu v plynném stavu
– ELEKTRONEGATIVITA =
MODELY ATOMU
– v minulosti byly různé názory a tak vznikly také různé modely atomu:
- Rutherfors vytvořil PLANETÁRNÍ MODEL ATOMU -> elektrony atomového obalu obíhají atomové jádro po blíže neurčených kružnicích
- Bohr zkoumal atom H, elektrony mohou obíhat v obalu po kružnicích určitého poloměru tzv. STACIONÁRNÍCH DRÁHÁCH s určitou energií, energie elektronu se mění pouze po určitých dávkách – KVANTECH a to při přechodu z jedné stacionární dráhy na druhou
- vznikl KVANTOVĚ MECHANICKÝ MODEL -> chování elektronů není možné popsat klasickou mechanikou:
– vychází z kvantové mechaniky, která elektronům přiřazuje vlastnosti částic i vlnění
– podle HEISENBERGOVA PRINCIPU NEURČITOSTI nelze součastně přesně určit polohu a rychlost elektronů
– pomocí veličiny VLNOVÁ FUNKCE Ψ lze vypočítat pravděpodobnost kde se elektrony v dané chvíli nacházejí v oblasti atomu
– grafickým vyjádřením vlnové funkce je část prostoru nazývaná orbital
RADIOAKTIVITA
= schopnost atomových jader samovolně se přeměňovat na atomová jádra prvků jiných, za současného vyzařování neviditelného radioaktivního záření
– štěpí se a mění se protonové číslo
– poprvé pozorována roku 1896 H. Bercquerelem -> pojmenoval ji uranové paprsky
– M. Sklodowska – Curie -> dostala Nobelovu cenu za objevení radioaktivity
– POLOČAS ROZPADU = doba, za kterou se z výchozího počtu atomů přemění právě jedna polovina
– dělí se na:
- PŘIROZENOU – samovolný rozpad v přírodě se vyskytujících radioaktivních nuklidů (RADIONUKLIDŮ – v přírodě cca. 50)
- UMĚLOU – vyvolána jaderná reakce, samovolná reakce vyrobených prvků nebo izotopů
TYPY ZÁŘENÍ:
– u přirozených radionuklidů
– 3 typy:
- ZÁŘENÍ α
– proud kladně nabitých jader hélia
– proniká několikacentimetrovou vrstvou vzduchu
– silné izolační účinky
– neprojde přes list papíru
-nízká prostupnost a krátký dosah
– zcela neškodné
– ROZPAD RADIOAKTIVNÍ α:
– z jádra prvku se odštěpují α částice
-> nově vzniklý prvek má nukleonové číslo o 4 jednotky menší a protonové číslo o 2 jednotky menší než původní atom
- ZÁŘENÍ β
– proud elektronů, které se uvolňují v jádře při přeměně neutronu na proton
– větší průchodnost
– větší dosah a prostupnost
– menší ionizační účinky
– dvě části:
β + – positron
β– – elektron
– ROZPAD RADIOAKTIVNÍ β
β– – děje se když má prvek přebytek elektronů
– při této přeměně se neutron změní na proton a vyzáří elektron
β+ – děje se u uměle vyrobených prvků, děje se tehdy, když atom má nadbytek protonu
-> nově vzniklý prvek má protonové číslo o 1 jednotku větší než původní atom
- ZÁŘENÍ γ
– elektromagnetické vlnění podobně jako světlo
– větší energie, extrémně malá vlnová delká
– nejpronikavější jaderné záření
– zastaví ho až 3cm olovněná deska
– obvykle doprovází záření alfa nebo beta
– něco jako rentgenové záření
– ROZPAD RADIOAKTIVITY:
– ELEKTRONOVÝ ZÁCHYT – děje se když je přebytek protonů v jádře
– zestabilnění jádra
– působením jiných částic nebo záření na stabilní nuklidy můžeme získat UMĚLÉ RADIONUKLINY
– samovolný rozpad umělých radionuklidů se nazývá UMĚLÁ RADIOAKTIVITA
-přeměny jader, které nastanou při srážkách jader s jinou částicí -> JADERNÉ REAKCE
– zvláštní případy jaderných reakcí:
- ŠTĚPNÉ
– dochází k rozpadu těžšího jádra na 2 lehčí
– využití jaderné reaktory
- TERMONUKLEÁRNÍ
– spojují se lehká jádra a syntetizují se na jádra těžší
– zdrojem energie hvězd
– účinek zneužíván v termonukleárních zbraních
ROZPADOVÉ ŘADY
– posloupnosti vznikajících jader
– v přírodě existují 3+1 je umělá
VYUŽITÍ RADIOAKTIVITY
– JADERNÉ REAKTORY
= zařízení využívající energie uvolněné při řízení štěpných reakcí
– uvolněná energie z reaktoru je v elektrárnách přeměněna na elektrickou energii
– nadbytečné neutrony pohlcovány řídícími tyčemi aby nedošlo k výbuchu reaktoru
– ATOMOVÉ ZBRANĚ – energie se zde uvolňuje neřízeně
– ZDRAVOTNICTVÍ – rentgen, nukleární medicína
– PRŮMYSL – defektoskopie, měření tloušťky materiálů
– HOSPODÁŘSTVÍ – šlechtění semen v zemědělství
– ARCHEOLOGIE – určování stáří kosterních nálezů
Další podobné materiály na webu:
