OBECNÁ CHEMIE STAVBA HMOTY Ing. Alena Hejtmánková, CSc. Katedra chemie Agronomická fakulta ČZU Praha © Praha, 2003

ELEMENTÁRNÍ ČÁSTICE ATOMU atom (z řeckého atomos = nedělitelný) tvoří 3 základní elementární částice elektron (Thompson, 1897) katodové záření elementární náboj e- = 1,602.10-19 C hmotnost elektronu me= 9,1091. 10-31 kg proton (Rutherford, 1920) elementární náboj p+ = 1,60210.10-19 C hmotnost protonu mp= 1,67252. 10-27 kg (1840krát těžší než elektron) neutron (Chadwick, 1932) bez náboje hmotnost neutronu mn= 1,67482. 10-27 kg Obecná chemie. Stavba hmoty.

ELEMENTÁRNÍ ČÁSTICE ATOMU ostatní částice podle hmotnosti lehké – leptony (elektron, pozitron, neutrino,…) středně těžké (mezony p, K,…) těžké – baryony (proton, neutron, hyperony,…) fotony základní částice elektromagnetického záření nulová klidová hmotnost Obecná chemie. Stavba hmoty.

MIKROČÁSTICE DUALISTICKÝ CHARAKTER HMOTY Chování mikročástic se zásadně liší od chování těles makrosvěta a nedá se vystihnout zákony klasické mechaniky. Pro popis jevů v atomovém měřítku byla vypracována obecnější teorie – kvantová mechanika. Základní principy kvantové mechaniky energie je kvantována korpuskulárně vlnový charakter Heisenbergův princip neurčitosti (1926) Planckova konstanta h = 6,626.10–34 J.s m = hmotnost částice n = frekvence l = vlnová délka záření p = hybnost Obecná chemie. Stavba hmoty.

Obecná chemie. Stavba hmoty. MODELY ATOMU Rutherford (1911) – jádrový model atomu rozptyl -částic na kovových fóliích (Au) odklon asi jen u 1/20000 všech částic  pozitivní náboj je soustředěn na velice malý objem v prostoru jádra je zřejmě také soustředěna téměř veškerá hmota atomu (hustota  1017 kg/m3) Obecná chemie. Stavba hmoty.

CHARAKTERISTIKY ATOMU A, nukleonové (hmotnostní) číslo udává počet nukleonů v jádře oxidační číslo elektronegativita X, chemická značka prvku Z, atomové (protonové) číslo udává počet protonů v jádře (také počet elektronů) N = neutronové číslo N = A – Z nukleony = protony a neutrony Obecná chemie. Stavba hmoty.

JSOU VŠECHNY ATOMY STEJNÉ?? Prvek je tvořen souborem atomů, jejichž atomové číslo Z je shodné Nuklid atomy mají shodné atomové číslo Z a neutronové číslo N Izotop mají shodné atomové číslo Z a různé neutronové číslo N Izobar mají shodné nukleonové číslo A a různé atomové číslo Z x Obecná chemie. Stavba hmoty.

JSOU VŠECHNY ATOMY STEJNÉ?? Poměrné zastoupení izotopů téhož prvku není přesně konstantní – (vodík, lehké prvky) využití – přírodovědné obory (koloběh vody) Atomová hmotnost absolutní pro praxi nevhodné vyjádření relativní MR, jednotkou je 1 u Bez izotopů  celá čísla S izotopy Obecná chemie. Stavba hmoty.

STABILITA ATOMOVÝCH JADER Atomové jádro – vazebná energie, úbytek hmotnosti Vazebná energie  štěpení Síly – přitažlivé jaderné odpudivé coulombovské Obecná chemie. Stavba hmoty.

STABILITA ATOMOVÝCH JADER Energie chemického procesu 105 až 106krát menší nemůže ovlivnit jádro atomu Fe U Obecná chemie. Stavba hmoty.

STABILITA ATOMOVÝCH JADER 56 radioaktivních nuklidů v přírodě stabilní nuklidy Obecná chemie. Stavba hmoty.

STABILITA ATOMOVÝCH JADER magická čísla pro celkový počet protonů nebo neutronů 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 velmi stabilní nuklid ! Obecná chemie. Stavba hmoty.

Obecná chemie. Stavba hmoty. RADIOAKTIVITA H. Becquerel (1886) – expozice fotografické desky sloučeninou uranu spontánní emise subatomových částic přeměna prvku Proč? Malá stabilita jádra nadbytek protonů nebo neutronů nízká vazebná energie Pierre Curie (1859-1906) & Marie Curie-Skłodowska (1867-1934) Obecná chemie. Stavba hmoty.

Obecná chemie. Stavba hmoty. TYPY PŘEMĚN Přeměny a (těžká jádra Z > 83) Přeměny b– (přebytek neutronů) Důvod – změna poměru n/p Obecná chemie. Stavba hmoty.

Obecná chemie. Stavba hmoty. TYPY PŘEMĚN Přeměny b+ (rel. přebytek protonů), uměle připravené prvky Záchyt elektronu do jádra (relativní přebytek protonů) doplnění elektronu z vyšší hladiny Záření  většinou doprovází a, b (samostatně výjimečně) nemění jádro Obecná chemie. Stavba hmoty.

RADIOAKTIVNÍ ŘADY – POSUVOVÉ ZÁKONY Sled radioaktivních prvků – 4 řady (1 umělá řada) současně emise a, b– částic jednotky radioaktivity 1 curie (Ci) – počet rozpadů za sekundu v 1 g Ra 1 becquerel (Bq) – 1 rozpad za sekundu 1 Ci = 3,7 . 1010 Bq Obecná chemie. Stavba hmoty.

RYCHLOST RADIOAKTIVNÍHO ROZPADU T1/2 = 6,93 roků N – počet jader v čase t N0 – počet jader na počátku k – rozpadová konstanta (pravděpodobnost rozpadu jádra za jednotku času) T1/2 – poločas rozpadu 10 poločasů ~ 1/1000 N0  prvek „vymře“ problém radioaktivního odpadu !!! Obecná chemie. Stavba hmoty.

ÚČINKY RADIOAKTIVNÍHO ZÁŘENÍ Obecná chemie. Stavba hmoty.

VÝSKYT RADIOAKTIVNÍCH PRVKŮ V PŘÍRODĚ Radioaktivní prvky – poločas rozpadu  stáří Země zářiče  zářiče b– Radioaktivní prvky z rozpadových řad – poločas rozpadu relativně krátký Obecná chemie. Stavba hmoty.

UMĚLÉ RADIOAKTIVNÍ PRVKY Vznik: jadernými reakcemi tj. zasažením jádra částicí z radioaktivního zářiče (alfa záření) z urychlovače (neutrony) Jaderné přeměny prosté (transmutace) Rutherford (1919) nové jádro se málo liší od původního vzniklé jádro se rozpadá  umělá radioaktivita Obecná chemie. Stavba hmoty.

UMĚLÉ RADIOAKTIVNÍ PRVKY http://sensor.feld.cvut.cz/bavig/ Jaderné přeměny štěpné – Fermi, Hahn, Joliot (1934 – 1939) Lavinovité štěpení  exploze princip atomové bomby (106 až 107 C v epicentru) Řízený průběh atomové reaktory moderátory (těžká voda D2O, grafit, bór,…) 200 MeV Obecná chemie. Stavba hmoty.

TERMONUKLEÁRNÍ REAKCE Syntéza stálejších produktů z lehkých jader princip vodíkové bomby, Teller (1952, atol Eniwetok) Slunce a jiné hvězdy... teplota T > 106 C Obecná chemie. Stavba hmoty.

Obecná chemie. Stavba hmoty. VYUŽITÍ RADIOIZOTOPŮ 1. Analytická chemie NAA – Neutronová Aktivační Analýza (stopová množství) 2. Chemie a biologie studium mechanismu reakcí (stopování) určování distribuce prvků v biologickém materiálu radioenzymová analýza (REA) 3. Medicína ozařování nádorů paprsky  (gama) sterilizace krve Obecná chemie. Stavba hmoty.

Obecná chemie. Stavba hmoty. VYUŽITÍ RADIOIZOTOPŮ 4. Zemědělství ošetření potravin (ničení choroboplodných zárodků) prodloužení dormance brambor 5. Určení stáří hornin organismů Obecná chemie. Stavba hmoty.

NEGATIVNÍ DŮSLEDKY ZÁŘENÍ Ionizace narušení chemických vazeb poškození tkání mutagenní, kancerogenní a teratogenní účinky !!! Nejvíce nebezpečné !!! Radioaktivní izotopy s poločasem rozpadu srovnatelným se stářím živých organismů T1/2 = 28 roků – 0,53 MeV Obecná chemie. Stavba hmoty.

Obecná chemie. Stavba hmoty. Konec Obecná chemie. Stavba hmoty.