Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

CH03. Stavba atomu – ATOMOVÉ JÁDRO Mgr. Aleš Chupáč, RNDr. Yvona Pufferová Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o. Tento projekt je spolufinancován.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "CH03. Stavba atomu – ATOMOVÉ JÁDRO Mgr. Aleš Chupáč, RNDr. Yvona Pufferová Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o. Tento projekt je spolufinancován."— Transkript prezentace:

1 CH03. Stavba atomu – ATOMOVÉ JÁDRO Mgr. Aleš Chupáč, RNDr. Yvona Pufferová Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/ s názvem „PODPORA CHEMICKÉHO A FYZIKÁLNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO V HAVÍŘOVĚ“ Soubor prezentací: CHEMIE PRO I. ROČNÍK GYMNÁZIA

2 Vývoj názorů na stavbu atomu Demokritos a Leukipos (atomisté, Staré Řecko, 5. st. př.n.l.) hmota se skládá z dále nedělitelných částeček = atomů (řec. atomos = nedělitelný) všichni vzdělaní Řekové však nepřijali tuto teorii Aristoteles, tehdy uznávaný největší filozof ji zavrhl, a tak upadla v zapomenutí až do zač. 19. století obr. č. 1 Demokritos

3 John Dalton Atomová teorie = každý z prvků se skládá z nesmírně malých, dále nedělitelných, stejných atomů (je tolik prvků kolik je různých atomů) obr. č. 2 John Dalton ( ) - anglický chemik

4 Joseph John Thomson (1856 – 1940) – anglický fyzik na základě katodové emise, vyvrátil atomovou teorii objev elektronu protože atom je elektroneutrální, musí v něm mimo záporně nabitých elektronů být částice se stejně velkým nábojem kladným obr. č. 3 J.J. Thomson

5 Thomsonův „pudinkový model“ Thomsonův pudingový (statický) model atomu = atom je tvořen rovnoměrně rozloženou kladně nabitou hmotou, ve které jsou (jako rozinky v pudinku) rozptýleny záporně nabité elektrony. - + elektron s záporným nábojem kladně nabitá hmota obr. č. 4 Thomsonův model atomu

6 Ernest Rutherford (1871 – 1937) - anglický fyzik Thomsonovu teorii vyvrátil na základě rozptylu radioaktivního záření α při průchodu tenkou zlatou fólií obr. č. 5 E. Rutherford obr. č. 6 Rutherfordův model

7 Rutherfordův planetární model atom přirovnává ke sluneční soustavě atom skládá z kladně nabitého jádra, kolem kterého obíhají záporně nabité elektrony v kruhových drahách obdobně jako planety obíhají Slunce nedostatek = kroužící elektron by ztrácel energii a zanikl by dopadem na jádro obr. č. 7 Ruthefordův model atomu

8 James Chadwick ( ) - anglický fyzik potvrdil Rutherfordův předpoklad, že v jádře existují i elektricky neutrální částice s hmotností přibližně rovnou hmotnosti protonu za objev neutronu dostal Nobelovu cenu obr. č. 8 J. Chadwick

9 ÚKOL 1. S využitím webové stránky připravte základní informace o historii poznání elementárních částic atomu. ÚKOL 2. Připravte krátkou charakteristiku o kvarcích. ÚKOL

10 Niels Bohr (1885 –1962) - dánský fyzik 1913) Bohrův model atomu vysvětlil nedostatek Rutherfordova modelu pomocí kvantové teorie (zakladatel Max Planc, z r. 1900) emise či absorpce záření je nespojitá = skoková k emisi elektromagnetického záření dochází ve formě malých dále nedělitelných částí – kvant obr. č. 9 N. Bohr obr. č. 10 Bohrův model

11 Bohrův model atomu (I. kvantově mechanický model atomu): elektrony obíhají atomové jádro jen na některých dovolených drahách elektrony při pohybu nevyzařují energii (vyzařování energie není spojité) energie může být vyzářena, resp. přijata, pouze při přechodu elektronu z jedné dráhy na druhou obr. č. 11 Bohrův model

12 Niels Bohr definoval 3 principy (postuláty): elektrony se pohybují po stacionárních drahách (kružnicích) = orbitech pohyb elektronů na těchto drahách není spojen s vyzařováním elmag. záření, tzn. elektron v atomu může existovat jen ve stavech s určitou energií přemístění elektronu z jedné dráhy na druhou je spojeno s vyzářením n. pohlcením této energie ve formě kvant (fotonů)

13 Arnold Sommerfeld ( ) německý fyzik průkopník rozvoje atomové a kvantové fyziky obr. č. 12 A. Sommerfeld

14 Arnold Sommerfeld II. kvantově mechanický model = zpřesňuje první model – elektrony se pohybují po drahách kruhových i eliptických, které jsou různě orientovány v prostoru obr. č. 13 II. Kvantově mechanický model atomu

15 Kvantově mechanický model atomu 2 principy: dualismus částic -elektron má mechanické i vlnové vlastnosti  korpuskulárně vlnový dualismus(fr. fyzik Louis-Victor de Broglie, 1924). princip neurčitosti (německý fyzik Werner Heisenberg, 1927).Není možné určit přesný popis dráhy elektronu v atomu, jen pravděpodobný výskyt. Stav částice je vyjádřena pomocí veličiny vlnové funkce  a je možné je vypočítat pro zvláštní stavy podle Schrödingerovy rovnice. Oblast, kde je nejvyšší pravděpodobnost výskytu elektronu – orbital. Orbital a vlastnosti vlnové funkce charakterizují kvantová čísla.

16 Pozitron pozitron = kladný elektron v r objeven v kosmickém záření byla tím potvrzena Diracova myšlenka, že ke každé částici existuje antičástice s opačným znaménkem náboje a s zrcadlově symetrickými vlastnostmi

17 Atom částice chemické látky, která se skládá z jádra a obalu obr. č. 14 Atom

18 Model atomu Obal Jádro + - Neutron Proton Atom jádro obal Elektron Neutron – bez náboje Proton - kladný Elektron - záporný Náboje jednotlivých částic Model atomu helia obr. č. 15 Stavba atom

19 Jádro tvořeno protony s kladným nábojem (p+) a neutrony bez náboje (n°) = nukleony je zde soustředěna většina hmotnosti atomu (99,9 % ) velikost: 10 –15 m (velikost atomu 10 –10 m) v jádře působí jaderné síly, které jsou pouze přitažlivé a působí mezi nukleony bez ohledu na jejich elektrický náboj obr. č. 16 Jádro atomu

20 Složení jádra protony klidová hmotnost m = 1,673  kg náboj Q = +1,602  C neutrony klidová hmotnost m = 1,675  kg náboj Q = 0 C neutron: dva kvarky d a jeden kvark u. proton: dva kvarky u a jeden kvark d. obr. č. 18 Neutron obr. č. 17 Proton

21 Popis atomu Atom libovolného prvku je možno popsat pomocí nukleonového a protonového čísla: Protonové (atomové) číslo udává počet protonů v jádře atomu prvku X. Protonové (atomové) číslo udává počet protonů v jádře atomu prvku X. Nukleonové číslo udává počet nukleonů v jádře atomu prvku X. X A Z Obecné označení prvku Počet neutronů v jádře atomu stejného prvku může být různý; (izotopy daného prvku). Počet protonů v jádře atomu stejného prvku je vždy stejný; u elektroneutrálního atomu udává Z i počet elektronů.

22 Popis složení jádra Protonové číslo Z – udává počet protonů, jednoznačně určuje druh atomu; zápis: 11 Na(dolní index) Nukleonové (hmotnostní) číslo A (A = Z+N) – udává počet protonů a neutronů; zápis: 23 Na(horní index) Neutronové číslo N (N=A-Z) – udává počet neutronů (u značky se neuvádí)

23 Dělení atomů podle Z a A Prvek – látka složená s atomů se stejným protonovým číslem – atomy stejných prvků (mají stejná protonová čísla): nuklidy = mají stejné i nukleonové číslo ( ) izotopy = mají různé nukleonové číslo ( nebo Cl, Cl) – mají stejné chemické, ale různé fyzikální vlastnosti (např. hmotnost, teplota varu..)

24 jsou atomy se stejným protonovým číslem, ale odlišným nukleonovým číslem - liší se počtem neutronů izotopy vodíku Izotopy H011H0 12H012H0 13H013H0 lehký vodíkdeuteriumtritium obr. č. 19 Izotopy vodíku

25 Dělení atomů podle Z a A Prvek – látka složená s atomů se stejným protonovým číslem – atomy různých prvků (mají různá protonová čísla): izobary = mají stejné nukleonové číslo ( ) izotony = mají stejné neutronové číslo ( )

26 PAMATUJTE SI Počet protonů v jádře je shodný s počtem elektronů v obalu  atom je elektroneutrální ! obr. č. 20 Atom

27 Kladný a záporný ion Kation = více kladně nabitých částic (protonů) než záporně nabitých částic (elektronů) Anion = méně kladně nabitých částic (protonů) než záporně nabitých částic (elektronů) He +I 2 4 He -I obr. č. 21 Ionty

28 Stabilita jádra vazebná energie jádra = energie uvolněná při vzniku jádra (= hodnota energie, kterou je nutno dodat k jeho rozštěpení) čím více se energie uvolní při vzniku jádra, tím je stabilnější nejvíce energie uvolní jádro Fe (za extrémních podmínek ve středu Země)…je nejstabilnější

29 Stabilita jádra důležitým faktorem, který rozhoduje, zda bude nuklid stabilní či ne je poměr N/Z stabilní jsou prvky s poměrem N:Z = 1 (pro Z ≤ 20) a N:Z = 1 – 1,5 (pro Z  20) málo stabilní prvky: – lehké prvky (He, C, O) …termonukleární reakce; – těžké prvky…rozpadají se na lehčí…jaderné reakce, …radioaktivita

30 Vyhledejte informace o vědci: Marie Curie – Sklodowská * základní životopisné údaje, * které objevy proslavily tuto vědkyni, * znáte knihu „Tvrdohlavá Marie“ … popisuje její život, určitě stojí za to … ÚKOL

31 Přirozená radioaktivita Radius = paprsek, activus = činný radioaktivita je schopnost nestabilního atomového jádra přeměnit se na jiné stabilnější atomové jádro za současného uvolnění radioaktivního záření obr. č. 22 Radioaktivita

32 Antoine Henri Becquerel objevil v r přirozenou radioaktivitu (fr. fyzik) pozoroval záření uranu v jáchymovském smolinci (tento jev nazvali radioaktivitou až manželé Curieovi v r. 1898) obr. č. 23 A.H.Becquerel

33 Marie Curie-Sklodowská ( ) Profesorka na Sorbonně Nobelovy ceny: 1903 za fyziku zkoumání radiačních jevů 1911 za chemii za objev radia a polonia obr. č. 24 Marie Curie-Sklodowská

34 Emitované záření je trojího druhu záření  proud letících atomových jader helia ( ) záření  proud rychle letících elektronů (e - ) nebo pozitronů (e + - antihmota k elektronu) záření  elektromagnetické vlnění obr. č. 25 Typy záření

35 Typy záření obr. č. 26 Záření v magnetickém poli

36 Záření  záření  proud letících atomových jader helia ( ) velká kinetická energie silné ionizační účinky malá pronikavost, vychylují se v elektrickém i magnetickém poli obr. č. 27 Záření 

37 Záření  záření  proud rychle letících elektronů (e - ) nebo pozitronů (e + - antihmota k elektronu) stokrát pronikavější než  záření vychyluje se v elektrickém i magnetickém poli obr. č. 28 Záření 

38 Záření  záření  elektromagnetické vlnění (nevychyluje se) nejpronikavější má silné ionizační účinky důsledku fotoefektu uvolňuje z látek nabité částice neexistuje samostatně, ale doprovází vždy záření  a  obr. č. 29 Záření 

39 Pronikavost záření obr. č. 30 Pronikavost záření

40 Nestabilní jádro se přemění na jiné a na jádro helia. Zářiče alfa jsou např. 235 U, 238 U, 234 U, 241 Am, 222 Rn, 226 Ra V jádře atomu se přemění neutron na proton za současného vyzáření elektronu a antineutrina. Zářičem beta minus je např. tritium, 40 K, 234 Th, 210 Pb. Zářičem beta plus (vyzáření pozitronu - antielektronu) je např. 52 Mn, 11 C. Nestabilní, excitované jádro přechází do stavu s nižší energií vyzářením fotonu - kvanta elektromagnetické energie. Částice gama je elektromagnetické vlnění s velmi krátkou vlnovou délkou. Radioaktivní přeměny obr. č. 31 Radioaktivní přeměny

41 4 druhy radioaktivních přeměn Jaderné rovnice přeměna  - nastává u velmi těžkých jader přeměna  + - nastává u jader, kde je více protonů než neutronů přeměna  - - nastává u jader, kde je více neutronů než protonů animace

42 4 druhy radioaktivních přeměn záchyt elektronů – nastává u jader, které mají více protonů než neutronů – na prázdné místo po elektronu přejde elektron z vyšší slupky (o vyšší energii) a přebytek energie se vyzáří ve formě Roentgenova záření (silně pronikavé, vzniká tedy v elektronovém obalu)

43 4 druhy radioaktivních přeměn přeměna  - radioaktivní rozpad je doprovázen zářením γ tehdy, když produkt rozpadu není ve svém základním stavu a přebytek energie vyzáří zářením (záření γ vzniká v jádře)

44 Umělá radioaktivita existuje u radionuklidů připravených uměle jadernými reakcemi objevili ji r manželé Frédéric a Iréne Joliot- Curieovi při ostřelování hliníku částicemi  vznikající nuklid fosforu v přírodě neexistuje, je zářičem  + s poločasem rozpadu T=130s radioaktivní fosfor se dále rozpadá za vzniku křemíku

45 Irène Curie a Frédéric Joliot objevili v r umělou radioaktivitu obr. č. 32 Irène Curie a Frédéric Joliot

46 Zákon radioaktivního rozpadu pro všechny druhy radioaktivního rozpadu platí zákon radioaktivního rozpadu: N 0 …počáteční počet atomů radionuklidu N…počet atomů radionuklidu v čase t λ…přeměnová (rozpadová) konstanta

47 Měření radioaktivity nejčastěji tzv. poločas rozpadu: doba, za kterou se z výchozího počtu atomů přemění právě polovina (čas potřebný k rozpadu poloviny původního počtu radioaktivních jader) Po…3·10 -7 s, 222 Rn…4 dny; Ra…1590 let, 235 U…7.1·10 8 let, 14 C…5730 let

48 Poločas rozpadu obr. č. 33 Poločas rozpadu

49 Rozpadové řady rozpadem atomového jádra nemusí vzniknout stabilní prvek, ale zase radioaktivní, jenž se dále rozpadá – tak se vytváří tzv. rozpadové řady uranová 238 U → 206 Pb (přírodní) aktinouranová 235 U → 207 Pb (přírodní) thoriová 232 Th → 208 Pb (přírodní) neptuniová 237 Np → 209 Bi (umělá)

50 obr. č. 34 Rozpadové řady

51 Jaderná reakce je přeměna atomových jader, která může probíhat samovolně nebo být vyvolaná působením jiného jádra nebo částice (včetně fotonu) dochází při ní jak ke změně struktury zúčastněných jader, tak ke změně jejich pohybového stavu

52 1.Štěpné jaderné reakce je jaderná reakce, při níž dochází k rozbití těžkého jádra nestabilního atomu na dvě menší neutronem za uvolnění velkého množství energie objev v roce 1938 (Hahn a Strassman) uvolněné neutrony mohou štěpit další jádra a proběhne řetězová reakce až výbuch U n Ba Kr n obr. č. 35 Štěpná reakce

53 Řetězové reakce Neřízená reakce – zreagují všechny vzniklé neutrony, reakce končí výbuchem tzv. atomové bomby. výroba nukleárních zbraní k tomu se používají izotopy 235 U, 233 U, 239 Pu. Řízená reakce - zreaguje pouze 1 neutron v jaderných elektrárnách

54 Štěpná jaderná reakce Schéma štěpné jaderné reakce U Ba Kr U 38 Sr 54 Xe Kr Ba + energie obr. č. 36 Štěpná reakce

55 Štěpná jaderná reakce 1. První štěpení, vzniknou dva rychlé neutrony 2. Rychlé neutrony se zpomalí srážkami v moderátoru 3. Štěpení uranu, další generace rychlých neutronů 4. Zpomalení neutronů, jeden je moderátorem pohlcen 5. Další štěpení a pokračování řetězové reakce obr. č. 37 Štěpná reakce

56 Havárie v Černobylu Na internetu vyhledej webovou stránku * zhlédni uvedené video, * vyhledej základní informace o této havárii (datum, příčina, dnešní stav) a připrav si krátký referát. ÚKOL

57 2. Termonukleární reakce (jaderná syntéza) ze dvou lehčích jader vzniká jádro lehčí za uvolnění energie probíhá při vysokých teplotách 1 1 H D 3 2 He tyto reakce jsou zdroje zářivé energie Slunce a hvězd obr. č. 38 Termonukleární reakce

58 3. Transmutace jader bombardováním určitých jader částicemi o velké energii vzniká nové jádro protonové a nukleonové číslo nového prvku se od původního liší minimálně 1. reakce E. Rutherford v roce N He 17 8 O p obr. č. 39 Transmutace jader

59 Využití radioaktivity v praxi radiokarbonové datování = v paleontologii nebo archeologii, podle obsahu radionuklidu 14 C lze určit stáří organismů (za života se jeho obsah nemění, ale po smrti dochází k jeho rozpadu), poločas přeměny je 5700 let radioterapie - léčení některých nemocí zářením radionuklidů. Nádorové buňky jsou citlivější než ostatní živé buňky těla, ionizující záření a vhodná přesně směrovaná dávka ozáření může zhoubné nádory zničit.

60 Využití radioaktivity v praxi radiodiagnostika -metoda značených atomů (tzv. markerů) = radionuklid se chemicky chová stejně jako jeho stabilní izotop a lze sledovat jeho cestu v rostlinách a živých organismech, radionuklidy v orgánech mohou indikovat přítomnost zhoubných (rakovinných) buněk; i pro zjišťování skrytých vad materiálů ozařování - potraviny, např. ovoce, zelenina nebo maso, mohou být ošetřovány gama zářením. Ozáření zpomaluje dozrávání ovoce a zeleniny, ničí bakterie v mase, a udržuje tak potraviny déle čerstvé.

61 Výstražné symboly Mezinárodní výstražný symbol, označující radioaktivní materiál Nový doplňkový výstražný symbol ionizujícího záření schválený dne 15. února 2007 obr. č. 40 Výstražné symboly

62 1. řízená řetězová reakce - řešení První řízenou řetězovou reakci s použitím moderátoru provedl italský fyzik Enrico Fermi 2. prosince 1942 pod stadionem Chicagské univerzity.

63 1. jaderná bomba -řešení byla poprvé vyvinuta ve Spojených státech v rámci vojenského projektu Manhattan, který probíhal v laboratořích v Los Alamos za vedení Roberta Jacoba Oppenheimera. Výsledkem projektu byl první pokusný jaderný výbuch, který proběhl 16. července 1945 v poušti White Sands poblíž města Alamogordo.

64 Nagasaki - Hirošima Další vyrobené bomby Little Boy a Fat Man byly o několik týdnů později svrženy z bombardérů B-29 na japonská města Hirošimu a Nagasaki. Letoun B-29 Enola Gay svrhl 6. srpna 1945 v 8.16 na Hirošimu uranovou jadernou pumu s ekvivalentem mezi 13 a 18 kilotunami TNT. Letoun B-29 Bock's Car svrhl 9. srpna 1945 v plutoniovou bombu na Nagasaki. Obě pumy zabily okamžitě zhruba lidí a dalších umíralo na následky výbuchu v dalších letech.

65 Nagasaki obr. č. 41 Nagasaki

66 Černobyl versus…? Srovnatelná je pouze havárie elektrárny Fukušima I v Japonsku v březnu 2011.

67 Použité informační zdroje Obrázky obrázky [4, 15, 19, 21, 36 ] autorka [1] [online]. [cit ]. Dostupné z www: [2] [online]. [cit ]. Dostupné z www: [3] [online]. [cit ]. Dostupné z www: [5] [online]. [cit ]. Dostupné z www: [6] [online]. [cit ]. Dostupné z www: [7] [online]. [cit ]. Dostupné z www: [8] [online]. [cit ]. Dostupné z www: [9] [online]. [cit ]. Dostupné z www: [10] [online]. [cit ]. Dostupné z www: [11] [online]. [cit ]. Dostupné z www: [12] [online]. [cit ]. Dostupné z www: [13] [online]. [cit ]. Dostupné z www: [14] [online]. [cit ]. Dostupné z www: [16] [online]. [cit ]. Dostupné z www: [17] [online]. [cit ]. Dostupné z www: [18] [online]. [cit ]. Dostupné z www: [20] [online]. [cit ]. Dostupné z www: [22] [online]. [cit ]. Dostupné z www: cz/images/results.aspx?qu=radioaktivita&queryid=0ebfff9d%2Df9b0%2D43be%2Da59c%2D6ab2d904a3b2#ai :MP |http://office.microsoft.com/cs- cz/images/results.aspx?qu=radioaktivita&queryid=0ebfff9d%2Df9b0%2D43be%2Da59c%2D6ab2d904a3b2#ai :MP |

68 Použité informační zdroje Obrázky [23 ] [online]. [cit ]. Dostupné z www: [24] [online]. [cit ]. Dostupné z www: [25] [online]. [cit ]. Dostupné z www: [26] [online]. [cit ]. Dostupné z www: [27] [online]. [cit ]. Dostupné z www: [28] [online]. [cit ]. Dostupné z www: [29] [online]. [cit ]. Dostupné z www: [30] [online]. [cit ]. Dostupné z www: [31] [online]. [cit ]. Dostupné z www: [32] [online]. [cit ]. Dostupné z www: [33] [online]. [cit ]. Dostupné z www: [34] [online]. [cit ]. Dostupné z www: [35] [online]. [cit ]. Dostupné z www:http://www.cez.cz/edee/content/microsites/nuklearni/k31.htmhttp://www.cez.cz/edee/content/microsites/nuklearni/k31.htm

69 Použité informační zdroje Obrázky [37] [online]. [cit ]. Dostupné z www:http://www.cez.cz/edee/content/microsites/nuklearni/k31.htmhttp://www.cez.cz/edee/content/microsites/nuklearni/k31.htm [38] [online]. [cit ]. Dostupné z www:http://www.cez.cz/edee/content/microsites/nuklearni/k31.htmhttp://www.cez.cz/edee/content/microsites/nuklearni/k31.htm [39] [online]. [cit ]. Dostupné z www:http://www.cez.cz/edee/content/microsites/nuklearni/k31.htmhttp://www.cez.cz/edee/content/microsites/nuklearni/k31.htm [ 40] [online]. [cit ]. Dostupné z www:http://cs.wikipedia.org/wiki/Radioaktivitahttp://cs.wikipedia.org/wiki/Radioaktivita [41] [online]. [cit ]. Dostupné z www: Literatura MAREČEK, A., HONZA, J. Chemie pro čtyřletá gymnázia. Olomouc: Nakladatelství Olomouc, ISBN VACÍK, Jiří. Přehled středoškolské chemie. Praha: Státní pedagogické nakladatelství Praha, ISBN KOVALČÍKOVÁ, Tatiana. Obecná a anorganická chemie: studijní text pro SPŠCH. 3., upr. vyd. Ostrava: nakladatelství Pavel Klouda, 2004, 118 s. ISBN

70 Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/ s názvem „PODPORA CHEMICKÉHO A FYZIKÁLNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO V HAVÍŘOVĚ“ Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.


Stáhnout ppt "CH03. Stavba atomu – ATOMOVÉ JÁDRO Mgr. Aleš Chupáč, RNDr. Yvona Pufferová Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o. Tento projekt je spolufinancován."

Podobné prezentace


Reklamy Google