SVĚT MOLEKUL A ATOMŮ

Fyzikální těleso reálný objekt konečných rozměrů látkové skupenství pevné kapalné plynné Plazmatické spojité a dále dělitelné Metodická poznámka ke kapitole: vlastní zkušenost žáků je nezastupitelná, lze využít od velkých celků až do velmi malých rozměrů Těleso – prostorově omezená část pevné látky, kapaliny plynu nebo plazmy (dle [3], [4] a [5]) Příklady těles: krystal, kovový drát, voda v nádrži, neon v zářivce, plamen svíčky Ilustrativní obrázky. 1/14

Meze dělení oko optický mikroskop elektronové a iontové mikroskopy úhlové zvětšení 0 velikost 0,07 mm optický mikroskop úhlové zvětšení 2000 velikost 2 . 10-7 m elektronové a iontové mikroskopy úhlové zvětšení 100 000 velikost 2 . 10-10 m technické meze dělení oko – zorný úhel 1´ optický mikroskop – omezen difrakcí světla - λ/2 elektronový mikroskop – pozorování atomu tunelový mikroskop – manipulace s atomem Na obrázku naznačeny meze dělení, dále ilustrativní obrázky. 2/14

Atom atomisté – antičtí filosofové látku nelze dělit do nekonečna atom („atomos“ = nedělitelný) - Démokritos atomismus chemický zpřesnění představy o atomu chemické sloučeniny S atomem se setkáváme v běžném kontextu. Můžeme rozlišovat dvě význačné pojetí atomismu: Atomisté – atomismus filosofický (Leukippos z Mílétu, Démokritos z Abdéry a Epikúros ze Samu) Atomismus chemický – angl. fyzik a chemik J. Dalton – chemické prvky se neslučují v libovolném množství, ale jen v určitých stálých hmotnostních poměrech. To znamená, že se atomy jednotlivých prvků spojují v molekuly jakožto nejmenší částice chemických sloučenin. Na obrázku řecký filosof Demokritos, níže jádro molekuly benzenu. 3/14

Makroskopická tělesa nejsou spojitá, ale mají přetržitou strukturu Makroskopická tělesa nejsou spojitá, ale mají přetržitou strukturu. Skládají se z molekul, jako nejmenších částic chemických sloučenin. Molekuly se skládají z atomů, jako nejmenších částic chemických prvků. Definice dle [1]. Ilustrativní obrázek molekuly hemoglobinu. 4/14

Chemický atomismus relativní atomová hmotnost prvku Ar relativní molekulová hmotnost molekul Mr atomová hmotnostní konstanta mu (1/12 klidové hmotnosti nuklidu uhlíku ) látkové množství n -> jednotka SI Avogadrova konstanta Relativní atomová hmotnost Ar je podíl klidové hmotnosti atomu ma a atomové hmotnostní konstanty mu. Relativní molekulová hmotnost Mr je podíl klidové hmotnosti molekuly mm a atomové hmotnostní konstanty mu. Atomová hmotností konstanta mu je hmotnost jedné dvanáctiny klidové hmotnosti nuklidu uhlíku 12C, mu = 1,66.10-27 kg. Látkové množství 1 mol (značka "mol„) je takové množství látky, které obsahuje tolik elementárních jednotek (atomů, molekul, iontů, elektronů, ...), kolik je uhlíkových atomů v 12 g uhlíku 12C. Podle současných znalostí je v tomto množství uhlíku (6,022 143 79 +/- 0,000 000 30).1023 atomů = Avogadrova konstanta NA . 5/14

Rozměr atomu helia jeden mol plynného helia osahuje NA atomů objem hustota → zkapalníme a necháme ztuhnout při -272°C → hustota → Ilustrativní obrázky. 6/14

Rozměry molekuly vody jeden mol vody má hmotnost , kde a při hustotě činí molární objem na jednu molekulu vody připadá Ilustrativní obrázky. 7/14

Hmotnosti atomů atomová hmotnostní konstanta je vynásobením této veličiny relativní atomovou (molekulovou) hmotností dostaneme hmotnost libovolného atomu či molekuly hmotnost atomu vodíku mH=1,674.10-27 kg hmotnost atomu helia mHe=6,649.10-27 kg hmotnost atomu uhlíku mC=19,95.10-27 kg hmotnost atomu železa mFe=92,77.10-27 kg hmotnost atomu uranu mU=395,4.10-27 kg Ilustrativní obrázek atomu. 8/14

Náboj iontu elektrolýza dusičnanu stříbrného vyloučení 1 molu stříbra přenesením elektrického náboje určuje Faradayova konstanta jeden ion pak nese náboj Znalost Faradayovy konstanty se předpokládá z elektřiny a magnetismu, v tomto případě autor její definici obrací a výpočtem určuje elementární náboj iontu 9/14

Energie chemické vazby spálením 1 kg vodíku reakcí 2H2 + O2 →2H2O vznikne energie asi 12∙107 J Mr = 2,016 → 1 kg vodíku je reakcí proběhne celkem 1,49∙1026 energie uvolněná při jedné reakci je Nejedná se pouze o energii uvolněnou při jedné reakci, jde i o energii charakterizující práci, kterou je potřeba vykonat na překonání vazeb mezi atomy v molekule vody a oxidu uhličitého. Obrázek molekuly vody. 10/14

Představa o počtu atomů v makroskopických tělesech kapka vody o objemu 1 mm3 → odpařujeme milion molekul za sekundu → budeme odpařovat přes milion let atomy v 1 kg železa → seřadíme těsně vedle sebe do řady → délka řady bilion kilometrů V 1mm3 je 3,345.1019 částic, odpaříme 3,156. 1013 částic za rok, což nám dává 1060142 a půl roku. 1 kg železa obsahuje 17,9 molu což je 10,783. 1024 částic, rozměr jednoho atomu železa je řádově 10-29 m3, což je strana krychle o délce 10-10 m, tím získáme odhad celkové délky 10,783. 1014 m = 1,0783. 1012 km. Obrázky kapky vody, hromady železa a řady atomů jsou ilustrační. 11/14

do oceánu 1 litr označených molekul vody → důkladně promícháme → v každém litru 30 miliard našich molekul motýlí sameček → vypustí 1 mg feromonu do vzduchu o objemu 1 km3 → samička najde v každém litru vzduchu milion molekul této látky Objem vody v oceánech se odhaduje na asi 1015 l, 1 l vody je 55,55 molů, což je 3,345. 1025 částic, což čítá 33,45. 109 označených částic na jeden litr mořské vody. Příklad s motýlem je ilustrační. Obrázky jsou pouze ilustrační. 12/14

Opakování makroskopická tělesa jsou tvořena molekulami složených z atomů klíčová je Avogadrova konstanta odhad rozměrů, hmotností a vazebných energií rozměry řádově 10-10 m, hmotnost řádově 10-27 kg, energie vazeb řádově 10-19 J 13/14

POUŽITÉ ZDROJE Štoll I.: Fyzika pro gymnázia/ Fyzika mikrosvěta, Prometheus, Praha 2008. http://fyzika.jreichl.com http://cs.wikipedia.org http://slovnik-cizich-slov.abz.cz http://www.aldebaran.cz/glossary http://www.freedigitalphotos.net Grafická úprava a ilustrace: Marie Cíchová 14/14