„Svět se skládá z atomů“ Molekulová fyzika 1. přednáška „Svět se skládá z atomů“

Starověcí atomisté Leukippos Demokritos Epikuros

100 g vody vždy obsahuje 11,19 g vodíku a 88,81 g kyslíku John Dalton (1776-1844) 1. Daltonův zákon (zákon stálých poměrů slučovacích) - prvky se slučují ve sloučeninu v pevných (neproměnných) poměrech hmotností (J. L. Proust 1799...) 2. Daltonův zákon (zákon násobných poměrů slučovacích) - tvoří-li dva prvky několik druhů sloučenin, potom jejich hmotnosti ve sloučeninách jsou v poměrech, které lze vyjádřit malými celými čísly 100 g vody vždy obsahuje 11,19 g vodíku a 88,81 g kyslíku Např. dusík + kyslík N2O (oxid dusný) 2:1 N2O3 (oxid dusitý) 2:3  Daltonova atomová teorie

Daltonova atomová teorie atomy jsou velmi malé, dále nedělitelné částice prvky představují určité třídy atomů takové, že chemické vlastnosti všech atomů daného prvku jsou stejné atomy různých prvků se liší hmotností, velikostí a dalšími vlastnostmi v průběhu chemických dějů se atomy spojují, oddělují nebo přeskupují – nemohou však vzniknout nebo zaniknout

Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850) Zákon stálých poměrů objemových při slučování plynů - slučují-li se dva nebo více plynů, jsou jejich objemy při téže teplotě a tlaku v poměru malých celých čísel 1 objem kyslíku + 2 objemy vodíku  2 objemy vodní páry Proč ze tří stejných objemů vodíku a kyslíku vzniknou dvě objemové jednotky vodní páry???  existují molekuly problém Amadeo Avogadro

Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro, Conte di Quaregna e Cerreto (1776-1856) Existují molekuly. Molekuly prvků mohou být v plynném stavu složeny z více atomů, podobně jako je sloučenina složena z více atomů. Stejné objemy plynů obsahují za stejné teploty a tlaku stejný počet molekul. (Avogadrův zákon) 2 H2 + O2  2H2O m1 / m2 = M1 / M2

Amedeo Avogadro ??? 2H2 + O2 → 2H2O

Základní veličiny a pojmy v molekulové fyzice relativní atomová (resp. molekulová) hmotnost atomová hmotnostní jednotka látkové množství molární, hmotnostní a objemový zlomek molární koncentrace, hmotnostní koncentrace molalita relativní molární koncentrace relativní molalita relativní tlak

Hmotnosti atomů a molekul často není nutné znát absolutní hmotnost atomů (molekul) relativní atomová (resp. molekulová) hmotnost dřívější „standardy“: vodík, kyslík  od roku 1961 je základem pro stanovení relativních (resp. molekulových) hmotností používán nuklid 12C m12C/12 = 1,660565ˑ10-27 kg = 1 u

Atomová hmotnostní jednotka u 1 u = (1,660 565 5  0,000 008 6)  10-27 kg - je definována tak, aby hmotnost mu atomové hmotnostní konstanty (která je rovna dvanáctině hmotnosti atomu nuklidu 12C) byla právě 1 u: takže: m(12C) = 12,0000 u m(1H) = 1,00782 u

Látkové množství n Vzorek ze stejnorodé látky má látkové množství jeden mol, obsahuje-li právě tolik částic (atomů, iontů, molekul), kolik je atomů ve vzorku nuklidu uhlíku 12C o hmotnosti 12 g. Počet částic připadající na 1 mol látky udává Avogadrova konstanta NA NA= (6,022 045 ±0,000 31)l023 mol-1

Molární hmotnost M hmotnost dané látky látkové množství dané látky jednotka: gmol-1 Vydělením molární hmotnosti Avogadrovou konstantou dostaneme hmotnost m(X) jednoho atomu X: Např.: vodík m(1H) = 1,6735510-27 kg uhlík m(12C) = 1,9926710-26 kg

Relativní atomová hmotnost je dána poměrem hmotnosti m(X) atomu X a atomové hmotnostní konstanty: - bezrozměrná veličina, která udává, kolikrát je hmotnost dané částice X větší než atomová hmotnostní konstanta V přírodní směsi vodíku je 99,985% izotopu 1H (Ar (1H) = 1,00782) a 0,015% izotopu 2H (Ar (2H) = 2,01410). Relativní atomová hmotnost přírodní směsi vodíku tedy je Ar (H) = 1,00797.

Relativní molekulová hmotnost je dána poměrem hmotnosti m(Y) molekuly Y a atomové hmotnostní konstanty: - bezrozměrná veličina, která udává, kolikrát je hmotnost dané molekuly Y větší než atomová hmotnostní konstanta

Vícesložkové soustavy (relativní obsah dané složky v soustavě) molární zlomek  (A) látky A: hmotnostní zlomek w (A) látky A: objemový zlomek  (A) látky A: podíl látkového množství n(A) látky A a látkového množství n celé soustavy podíl hmotnosti m(A) látky A a hmotnosti m celé soustavy podíl objemu V(A) látky A a objemu V celé soustavy

Roztoky (složení směsí vyjádřené pomocí koncentrací) molární (látková) koncentrace cM (A) látky A: hmotnostní koncentrace  (A) látky A: molalita cm (A) látky A: podíl látkového množství n(A) látky A a celkového objemu V roztoku /molm-3 podíl hmotnosti m(A) látky A a celkového objemu V roztoku /kgm-3 podíl látkového množství n(A) látky A a hmotnosti rozpouštědla m často bývá udáváno v procentech

Některé pojmy z teorie pravděpodobnosti vlastnosti výsledků experimentů ovlivněných náhodou pravděpodobnost i-tého výsledku pravděpodobnost určitého výsledku hustota pravděpodobnosti pravděpodobnost, že výsledek experimentu padne do určitého intervalu neslučitelné výsledky (pravděpodobnost výskytu aspoň jednoho z výsledků) normovací podmínka pro hustotu pravděpodobnosti nezávislost dvou náhodných pokusů (pravděpodobnost současného výskytu dvou konkrétních výsledků dvou nezávislých pokusů)

Charakteristiky náhodné veličiny střední hodnota (diskrétní výsledky, spojité rozložení náhodné veličiny) rozptyl (kvadratická fluktuace)