Jaderná energie Co už víme o atomech

Prezentace na téma: "Jaderná energie Co už víme o atomech"— Transkript prezentace:

1 Jaderná energie Co už víme o atomech
(Učebnice strana 124 – 125) Už v 5. století před naším letopočtem se v antickém Řecku objevila představa složení látek z atomů. V té době však ještě nešlo o fyzikální vědeckou disciplínu, ale o filozofický směr. U zrodu atomismu stál Leukippos z Milétu (asi př.n.l.), jeho myšlenky rozpracoval do ucelené podoby Demokritos z Abdér (asi př.n.l.). Atomisté vycházeli z představy, že náš svět se skládá z prázdného prostoru a obrovského množství neviditelných, nedělitelných, neproniknutelných částic - atomů. Název pochází z řeckého slova atomos, které znamená nedělitelný. Atomy jsou v neustálém pohybu a navzájem se liší tvarem, velikostí, polohou a uspořádáním. Veškeré dění je způsobeno vzájemnými nárazy, spojováním a rozlučováním atomů. Dalším významným atomistou byl Empedoklés (asi př.n.l.), který považoval za základy světa čtyři živly: oheň, vodu, vzduch a zemi.

2 Během následujících dvou tisíc let se představy o složení látek nijak nevyvíjely. Původní antické názory udržovali až do konce středověku pouze alchymisté. K oživení zájmu došlo až v 18. století, kdy francouzský chemik Antoine Laurent de Lavoisier ( ) zavedl pojem chemického prvku jako látky, kterou nelze rozložit na jiné látky. Svými pokusy dokázal, že při chemických reakcích platí zákon zachování hmotnosti. Základy moderní atomové teorie, teď už na vědeckém základě, položil anglický chemik John Dalton. V jeho pojetí byly atomy základními nedělitelnými částicemi látek, které se ještě mohou účastnit chemických reakcí. Dalton také sestavil první tabulku relativních hmotností atomů, za její základ zvolil hmotnost atomu nejlehčího prvku - vodíku. Italský fyzik Amedeo Avogadro ( ) Daltonovu teorii rozšířil a zavedl pojem molekul, skupin atomů spojených chemickými vazbami.

3 Roku 1800 J. Nicholson a A. Carlison rozložili elektrickým proudem vodu na vodík a kyslík a v roce 1834 formuloval Michael Faraday pro vedení proudu v kapalinách zákony elektrolýzy. Irský fyzik George Johnstone Stoney došel na základě studia elektrolýzy k názoru, že elektřina se skládá z elementárních kladných a záporných nábojů. Pro záporné elementární náboje navrhl roku 1891 název elektron. V roce 1897 učinil anglický fyzik Joseph John Thomson významný objev - experimentálně zjistil, že elektrony jsou částice, které se uvolňují z rozžhavené katody tzv. katodové trubice. Velikost náboje elektronu změřil roku 1909 americký fyzik Robert Andrews Millikan. První z částic, která jsou menší než atom, byla "na světě". Thomson tak svým objevem elektronu stál u zrodu zcela nové vědecké disciplíny - atomové fyziky.

4 Roku 1869 publikoval ruský chemik a fyzik Dmitrij Ivanovič Mendělejev periodický zákon, podle kterého se vlastnosti prvků periodicky mění v závislosti na jejich relativních hmotnostech. Na základě tohoto zákona uspořádal prvky do tzv. periodické tabulky, která dnes patří k základní "chemické výzbroji" nejen chemického odborníka, ale každého žáka základní školy. Mendělejevův objev periodického zákona byl vskutku geniální myšlenkou. V té době ještě nikdo netušil, že atomy se skládají z ještě menších částic. Na základě periodického zákona Mendělejev dokonce předpověděl existenci a vlastnosti prvků, které ještě vůbec nebyly známy a podařilo se je objevit až mnohem později. Na vědcovu počest byl nazván 101. prvek periodické tabulky jeho jménem - mendělevium Md. Tento radioaktivní prvek byl uměle vytvořen v roce 1955.

5

6 Chemické prvky jsou látky složené z atomů o stejném protonovém čísle (počet protonů v jádře atomu). 92 bylo nalezeno v přírodě, ostatní byly připraveny uměle jadernými reakcemi. Každému prvku přísluší určitý mezinárodní název a od něho odvozený symbol (značka). Většina prvků vytváří molekuly (výjimkou jsou např. vzácné plyny, vyskytující se v atomární podobě). V těchto molekulách jsou kovalentní vazby (atomy stejného prvku). Plyny vytváří dvouatomové molekuly. H … atom prvku vodík H2 … molekula vodíku o dvou atomech O3 … molekula ozonu P4 … molekula fosforu S8 … molekula síry

7 Molekuly sloučené ze dvou nebo více atomů různých prvků nazýváme molekuly sloučenin
Velice jednoduchým příkladem je voda, což je molekula složená z jednoho atomu kyslíku a dvou atomů vodíku, a tak její složení zapisujeme chemickým sumárním vzorcem H2O Jinou jednoduchou molekulou je oxid uhličitý CO2, která se skládá ze dvou atomů kyslíku a jednoho atomu uhlíku. Molekuly mohou být ovšem mnohem složitější. Rostliny procesem fotosyntézy za pomoci slunečních paprsků z vody a uhlíku tvoří cukr glukózu C6H12O6. H2SO4 – kyselina sírová je sloučenina obsahující v molekule 2 atomy vodíku, 1 atom síry a 4 atomy kyslíku. SiO2 – oxid křemičitý je sloučenina obsahující 1 atom křemíku a dva atomy kyslíku.

8 Za běžných podmínek se jako volné atomy vyskytují pouze vzácné plyny, které se ani běžně neslučují s atomy ostatních prvků. Atomy všech ostatních prvků mají naopak snahu spojovat se a slučovat do větších složitějších celků. Tato spojení jsou natolik pevná, že celky pak vystupují jako samostatné částice při jevech jako jsou změny skupenství. Molekula je základní stavební jednotka látek. Molekula je nejmenší částice látky, tvořená dvěma nebo více stejnými nebo různými atomy, která má stejné chemické vlastnosti jako daná látka. Chemické prvky jsou látky složené z atomů o stejném protonovém čísle (počet protonů v jádře atomu). Slučováním dvou a více prvků vznikají sloučeniny. Tuha i diamant jsou tvořeny mnoha miliardami atomů uhlíku. Jediný rozdíl je mezi drahým kamenem a psací pomůckou je krystalová struktura, tedy způsob vazby mezi atomy uhlíku.

9 Některé přírodní látky obsahují velké množství (až miliony) atomů
Některé přírodní látky obsahují velké množství (až miliony) atomů. O těchto obrovských molekulách mluvíme jako o makromolekulách. Velký počet částic mohou obsahovat i krystaly složené z vázaných atomů nebo iontů. I krystaly se považují za obří molekuly. Jejich složení je možno vyjádřit vzorcem, který vyjadřuje poměr jednotlivých prvků v krystalu, což však neznamená, že jejich základními částicemi by byli molekuly tohoto složení. Příkladem je krystal NaCl nebo alotropické modifikace uhlíku tuha a diamant, což jsou v podstatě velké molekuly složené z mnoha miliard atomů uhlíku C. Látky složené z molekul více druhů nazýváme směs. Směs - vzniká smícháním dvou a více látek, složky směsi si zachovávají své vlastnosti, lze je zpětně oddělit (písek, žula, mléko, roztoky..).

10 Atom je elektroneutrální částice prvku, kterou nelze rozdělit chemickou cestou (chemicky je nedělitelný). Atom se skládá z atomového jádra obsahujícího protony a neutrony a obalu obsahujícího elektrony. Elektrony jsou záporně nabité částice, které se nacházejí v atomovém obalu, ze kterého je lze relativně snadno vyjmout a vytvořit tím nabitý iont. Proces, při kterém se z elektricky neutrálního atomu nebo molekuly stává iont, nazýváme ionizace. Ionty vznikají například při elektrování těles třením, při zahřátí. při průchodu elektrického proudu tělesem, elektromagnetickým zářením.

11 Vznik záporných iontů, aniontů, je zpravidla způsoben dodáním záporného elektrického náboje – prostřednictvím jednoho nebo více elektronů – do elektronového obalu částice (v částici je více elektronů, částice se záporným elektrickým nábojem). Vznik kladných iontů, kationtů, je naopak podmíněn odtržením jednoho či více elektronů z elektronového obalu, k čemuž je potřeba částici dodat energii, nejčastěji ve formě dopadajícího elektromagnetického záření.

12 Jakmile se ukázalo, že atomy nejsou nejmenšími částicemi látek, dostali fyzikové nový impulz pro svou experimentální i teoretickou práci. Z jakých částic se atomy skládají, jaké jsou vlastnosti těchto částic, jak jsou v atomech uspořádány, jak "rozbít" atomy ... Mluvíme-li o rozbití atomu, máme na mysli rozbití atomového jádra, to je mnohem obtížnější než odtrhnout od atomu elektron a vyžaduje to asi milionkrát větší energii. Každý chemický prvek má jiný druh atomového jádra, přeměna jednoho jádra v jiné by zároveň znamenala přeměnu jednoho chemického prvku v jiný. Tento jev se nazývá transmutace prvků. O přeměnu prvků se pokoušeli neúspěšně už alchymisté (výroba zlata). Rozbíjet a přeměňovat atomové jádro se podařilo až ve 20. století. Atomy nejsou vidět prostým okem ani nejsilnějším mikroskopem. Pomocí moderní zobrazovací techniky a speciálních elektronových mikroskopů se podařilo atomy vyfotografovat a změřit jejich rozměry – na úsečce 1 cm by se stěsnalo sto milionů atomů. Otázky a úlohy k opakování – učebnice strana 125.