Složení a struktura atomu

vývoj představ o složení hmoty –pojem atom poprvé použil Demokritos (5.st.př.n.l.) veškerá hmota je složena z malých neviditelných částic = atomů –atom je dále nedělitelný, nelze je vytvářet ani zničit –liší se navzájem tvarem, polohou a uspořádáním –poté byl atom na dlouho zapomenut

Složení a struktura atomu –v 19. století formuloval John Dalton Atomovou teorii každý prvek se skládá ze stejných atomů –nelze je měnit ani ničit, jen různě uspořádat –Thompsonův (pudinkový) model –objevil přítomnost elektronů v atomu –atom je tvořen rovnoměrně nabitou kladnou hmotou, ve které jsou rozptýleny záporně nabité elektrony pudinkový model

Složení a struktura atomu –Rutherfordův (planetární) model objevil přítomnost atomového jádra záporně nabité elektrony krouží po kružnicích kolem velmi malého kladně nabitého jádra (jako planety kolem slunce) –Bohrův model předpokládá existenci určitých vzdáleností, ve kterých mohou elektrony kolem jádra kroužit, aniž by se zřítili do jádra Bohrův model

Složení a struktura atomu –kvantově-mechanický model elektrony se kolem jádra pohybují nahodile –pro elektrony lze určit, s jakou pravděpodobností se budou nacházet ve vybrané části prostoru »lze vymezit oblast, ve které se bude konkrétní elektron s největší pravděpodobností vyskytovat oblast výskytu elektronů - orbital

Složení a struktura atomu Složení atomu –obsahuje 3 druhy částic – protony, neutrony a elektrony část atomučásticeznačkanábojhmotnost (kg)hmotnost (u) jádroprotonp+11,67· jádroneutronn01,67· obalelektrone9.10·

Jádro atomu nachází se ve středu atomu je asi x menší než celý atom –kdyby měl atom průměr 100m, jádro by bylo velké jako zrnko máku jádro tvoří prakticky celou hmotnost atomu –hmotnost elektronů je ve srovnání s hmotností protonů a neutronů zanedbatelná

Jádro atomu v jádře nacházíme protony a neutrony –protonové číslo Z – počet protonů v jádře –neutronové číslo N – počet neutronů v jádře –nukleonové číslo A – počet nukleonů v jádře = počet jaderných částic A = Z + N

Jádro atomu prvek soubor atomů se stejným protonovým číslem ( 6 C, 8 O) izotopy atomy prvku s různým neutronovým číslem ( 12 C, 13 C) nuklid soubor atomů se stejným protonovým i neutronovým číslem ( 2 1 H,...)

Radioaktivita jádra některých nuklidů jsou nestabilní a podléhají přeměnám radioaktivita = proces, při kterém dochází ke změnám jader –je provázena vznikem neviditelného záření radioaktivní záření

Radioaktivita –důležitým faktorem stability jádra je poměr počtu neutronů N a protonů Z pro prvky s nižším protonovým číslem jsou nejstálejší nuklidy s poměrem 1 – 12 6 C, 16 8 O,... pro prvky s vyšším protonovým číslem tento poměr narůstá až k hodnotě 1,5 „řeka stability“ –graf zakreslující stabilní nuklidy podle N a Z

„řeka stability“ [1]

Radioaktivita –radioaktivní (jaderné) přeměny jsou spojeny s uvolňováním částic z jádra záření α –je tvořeno částicemi α (jádra helia 4 2 He) –má velmi krátký dosah, je málo pronikavé záření β –je tvořeno elektrony 0 -1 e (záření β - ) nebo pozitrony 0 +1 e (záření β + ) –je pronikavější než α

Radioaktivita záření γ –elektromagnetické vlnění s vysokou energií –podobá se rentgenovému záření –má velmi vysokou pronikavost –zpravidla doprovází záření β pronikavost záření

Radioaktivita Radioaktivní rozpady –rozpad α typický pro jádra těžkých prvků z jádra se uvolní částice α (jádro 4 2 He) vzniká jádro nového prvku chudšího o dva protony a dva neutrony (o 2 místa v periodické tabulce nalevo)

Radioaktivita –rozpad β - typický pro jádra s přebytkem neutronů (například 3 1 H) přebytečný neutron se přemění na proton a elektron –proton zůstane v jádře vzniklé jádro má o jeden proton více a jeden neutron méně (vzniká prvek ležící napravo v PSP)

Radioaktivita –rozpad β + typický pro jádra prvků obsahujících přebytek protonů nadbytečný proton se přemění na neutron a pozitron –kladně nabitý elektron vzniká prvek chudší o jeden proton a bohatší o jeden neutron (o jedno místo vlevo)

Radioaktivita –elektronový záchyt přebytek protonů může vést i k záchytu elektronů –elektron z obalu je zachycen přebytečným protonem v jádře a vznikne neutron vzniká prvek chudší o jeden proton a bohatší o jeden neutron (o jedno místo vlevo)

jaderné přeměny nuklidů [2]

Radioaktivita –poločas rozpadu čas, za který se rozpadne polovina jader radioaktivního nuklidu nezáleží na množství atomů –pro daný nuklid je konstatní, nelze jej ovlivnit 212 Po s 238 U4, let 222 Rn3,82 dne

Radioaktivita

–rozpadové řady posloupnosti radioaktivních rozpadů vycházejí z poměrně stálých nuklidů – 232 Th (t 1/2 = 13,9 miliard let) – 238 U (t 1/2 = 710 milionů let) – 235 U (t 1/2 = 4,5 miliard let) –následující rozpady jsou výrazně pomalejší »ustavilo se stálé množství meziproduktů v přírodě –všechny končí nuklidy olova, které jsou stabilní

thoriová rozpadová řada [3] uranová rozpadová řada [4] aktiniová rozpadová řada [5]

byla objevena i umělá rozpadová řada 237 Np → 209 Bi neptuniová rozpadová řada [6]

Radioaktivita Jaderné reakce uměle vyvolané jaderné přeměny reakce atomového jádra s jinou částicí –prosté jádro uvolňuje jednu nebo více lehkých částic počet částic v jádře se mění jen málo 14 7 N α → 17 8 O p –zkrácený zápis 14 7 N (α, p) 17 8 O

Radioaktivita –takto připravené nuklidy jsou často nestálé a samovolně se rozpadají umělá radioaktivita Al α → n → Si + –objevili ji manželé Joliot-Curie P 0 +1 e Frédéric a Irène Joliot-Curie [7]

Radioaktivita –štěpné po srážce s jinou částicí (neutronem,...) dochází k rozštěpení původního jádra, zpravidla na dvě menší dochází k nim u těžkých atomů 235 U + 1 n → 93 Kr Ba n častým produktem štěpných reakcí jsou další neutrony –ty mohou způsobit štěpení dalších jader »řetězová jaderná reakce

Radioaktivita –termojaderná fúze při reakci dochází ke slučování lehkých jader více prvků za vzniku jádra těžšího prvku probíhá za vysokých teplot (Slunce) 2 H + 2 H → 3 He + 1 n 2 H + 3 H → 4 He + 1 n 2 H + 6 Li → 7 Be + 1 n

Radioaktivita Význam –jaderná energetika štěpení 235 U v jaderných elektrárnách –je třeba regulovat množství neutronů »grafitové tyče, kyselina boritá termojaderná fúze –zatím pouze experimentální reaktory »tokamaky –produkuje velké množství energie

Radioaktivita řetězová štěpná reakce [8] rozpad jádra uranu [9] pohled do tokamaku [10]

Radioaktivita –lékařství značení látek v těle pomocí některých radionuklidů diagnostika zářením produkovaným radionuklidy –zbrojírenství atomové bomby –neřízená řetezová štěpná reakce vodíkové bomby –termojaderná fúze je zahájena řetězovou jadernou reakcí jaderná bomba „Fat man“ [11]

Radioaktivita –radiouhlíková metoda datování sleduje obsah uhlíku 14 C ve vzorku rostlinných nebo živočišných tkání –ten je za života organismu stálý »rostliny jej získávají z atmosféry (CO 2 ), živočichové z rostlin –po úmrtí organismu dochází k pomalému rozpadu 14 C »poločas rozpadu je 5730 let použitelná pro stáří od asi 100 do let Ötzi – mumie eneolitického člověka [12]

Zdroje 1. Isotopes and half-life [online] [cit ]. Dostupné z: Table isotopes en [online] [cit ]. Dostupné z: Decay chain(4n,Thorium series) [online] [cit ]. Dostupné z: Decay chain(4n+2, Uranium series) [online] [cit ]. Dostupné z: Aktiniová řada [online] [cit ]. Dostupné z: Decay chain(4n+1,Neptunium series) [online] [cit ]. Dostupné z: Frederic and Irene Joliot-Curie [online] [cit ]. Dostupné z: Fission chain reaction [online] [cit ]. Dostupné z:

Zdroje 9. Nuclear fission [online] [cit ]. Dostupné z: Tcv int [online] [cit ]. Dostupné z: Fat man [online] [cit ]. Dostupné z: OetzitheIceman02 [online] [cit ]. Dostupné z: