ATOM

Atomová teorie zakladatel J. Dalton, počátek 19. století Prvky se skládají z atomů. Atomy téhož prvku jsou po chemické stránce všechny stejné. Při chemických reakcích dochází ke spojování, oddělování a přeskupování atomů. Atomy při těchto reakcích nevznikají, nemizí ani se při nich nemohou přeměnit na atomy jiného prvku. Spojováním atomů 2 nebo více prvků vznikají chemické sloučeniny. Poměr v němž se atomy prvků slučují je pro danou sloučeninu stálý.(zákon stálých poměrů slučovacích)

Struktura atomu Atomové jádro – kladně nabité Elektronový obal – záporně nabitý Hmotnost jádra je 99% hmotnosti atomu Kdyby jádro mělo průměr 10mm, obal by měl průměr 10m

Atomové jádro obsahuje protony a neutrony = nukleony Značení: protonu neutronu

Protonové číslo Z – udává počet protonů Neutronové číslo N – udává počet neutronů Nukleonové číslo A - (hmotnostní) – udává počet nukleonů Značení atomů

IZOTOPY Atomy téhož prvku lišící se počtem neutronů Mají stejné protonové, ale různé nukleonové číslo Př. Izotopy vodíku Protium lehký vodík – 1proton Deuterium těžký vodík – 1 proton a 1neutron Tritium 1 proton a 2 neutrony

Modely atomu Thomson – 1904 – kladný náboj je rovnoměrně rozložený po celém atomu Rutheford – kladný náboj je soustředěn do jádra –stejný počet kladných a záporných nábojů – planetární model – Sluneční soustava Bohr – elektrony se pohybují po kruhových drahách, při přechodu elektronu se uvolní určité kvantum energie - základ kvantové teorie

4. Kvantově-mechanický model atomu Schrödingerova vlnová funkce  Dají se vypočítat energetické hladiny elektronu a rozdělení elektronové hustoty Zavádějí se pojmy orbital a kvantová čísla

RADIOAKTIVITA Becquerel – 1896 – objevil schopnost uranu vysílat záření. Nuklidy, které vykazují radioaktivitu nazval radionuklidy. Radioaktivita = schopnost atomových jader vysílat určitý druh záření za současného rozpadu jader. Příčina radioaktivity – nukleony jsou poutány přitažlivými silami, které mají krátký dosah působení. S rostoucím počtem protonů rostou odpudivé síly a jádra se stávají nestabilními

Radioaktivní záření  = proud rychle letících heliových jader proniká několikacentimetrovou vrstvou vzduchu a velmi tenkými foliemi 2.  = proud rychle letících elektronů, které vznikají v jádře rozpadem neutronů Je 100x pronikavější než 

Radioaktivní záření 3.  = elektromagnetické záření o vysoké energii Dá se zachytit vrstvou betonu nebo olověnou deskou Poločas rozpadu – doba, za kterou se rozpadne polovina jader

Radioaktivní přeměny  

Radioaktivní rozpadové řady Thoriová Neptuniová Uran – radiová uran - aktiniová

Umělá radioaktivita Rutheford 1919 – průchodem částic  čistým dusíkem vzniká kyslík a uvolňují se protony Princip umělé radioaktivity – bombardováním neradioaktivního prvku některými částicemi (,proton, neutron) dochází k přeměně jader- manželé Curie

Umělá radioaktivita Př. Pozitrony vznikají v okamžiku jaderné přeměny z protonu

Použití radionuklidů Lékařství diagnostika onkologie Technika kontrola celistvosti materiálů Archeologie stáří předmětů Jaderná energetika

Štěpné jaderné reakce 1 jádro těžší se mění na 2 lehčí Řetězová reakce – kontrolovatelný průběh částečným zachycováním vzniklých neutronů

Termonukleární reakce Ze dvou lehčích jader vznikne 1 těžší Př. Vodíková bomba Uvolňuje se větší množství energie než při štěpných reakcích Zatím se nedají řídit

Elektronový obal Vlnově mechanický model atomu Teorie: vlnová (kvantová) mechanika 1924-7 L.de Broglie, Heisenberg, Schrödinger Orbital – prostor, ve kterém se s velkou pravděpodobností (99,9..%) nachází elektron Energie orbitalů je kvantována = při přechodu z jedné energetické hladiny na druhou je potřeba přesně stanovené kvantum energie

Kvantová čísla 3 pro orbital, čtvrté pro elektron Hlavní kvantové číslo n nabývá hodnot teoreticky od 1 do nekonečna prakticky od 1 do 7 udává energii orbitalu (vzdálenost od jádra) elektrony ve stavech se stejným n tvoří jednu elektronovou vrstvu (slupku) n 1 2 3 4 5 6 7 značení K L M N O P Q vrstev

Kvantová čísla Vedlejší kvantové číslo l hodnoty: od 0 do n-1 = od 0 do 6 Udává tvar orbitalu hodnota l 0 1 2 3 označení tvaru orbitalu s p d f s tvar koule p tvar mašle d tvar dvojmašle

Orbital typu s Idealizovaný tvar atomového orbitalu 1s (vlevo) a 2s (vpravo) podle rozložení elektronové hustoty.

Orbital typu p Idealizovaný tvar p-orbitalů s různou prostorovou orientací.

Orbital typu d                                                                                                                                                               Idealizované tvary různých typů d-orbitalů

Kvantová čísla Magnetické kvantové číslo značí se m nabývá hodnot -l, 0, +l udává orientaci orbitalu v prostoru, počet magnetických kvantových čísel odpovídá počtu degenerovaných orbitalů

Kvantová čísla Spinové kvantové číslo značí se s nabývá hodnot -1/2, +1/2 udává rotaci elektronu není pro orbital, ale pro elektron

Značení: s (l=0), p (l=1), d (l=2), f (l=3), g (l=4), h (l=5)… ml symbol AO degenerace obsazeníelektrony vrstva el. ve vrstvě 1 1s není 2 K 2s L 8 -1 +1 2p 3x 6 3 3s M 18 3p -2 +2 3d 5x 10 Značení: s (l=0), p (l=1), d (l=2), f (l=3), g (l=4), h (l=5)…

n l ml symbol AO degenerace obsazeníelektrony vrstva el. ve vrstvě 4 4s není 2 N 32 1 -1 +1 4p 3x 6 -2 +2 4d 5x 10 3 -3 +3 4f 7x 14

Elektronová konfigurace = obsazení jednotlivých orbitalů elektrony Pravidla pro vytváření elektronových konfigurací Výstavbový princip Orbitaly se obsazují elektrony podle vzrůstající energie

Výstavbový trojúhelník p d f 8 7 6 5 4 3 2 1

Pauliho vylučovací princip Každý orbital je obsazen nejvýše dvěma elektrony, které se od sebe liší svým spinem

Hundovo pravidlo Orbitaly se stejnou energií (degenerované) se obsazují nejprve všechny elektrony se stejným spinem, pak teprve se spinem opačným

Vnitřní a valenční elektrony valenční elektrony = elektrony přítomné na AO o nejvyšším hlavním nebo nejvyšším vedlejším kvantovém čísle valenční sféra atomu = skupina AO, které obsahují valenční elektrony (Tyto AO jsou u daného atomu zčásti nebo úplně zaplněny a nepatří do elektronové konfigurace nejblíže nižšího vzácného plynu.) Valenční sféra jako skupina AO prostorově nejvzdálenějších od jádra atomu rozhoduje o kvalitě i kvantitě meziatomových sil, jež vznikají při vzájemné interakci dvou atomů. elektrony mimo valenční sféru atomu = vnitřní elektrony

Ionizační energie Ionizační energie I = práce, kterou musíme vynaložit, abychom z atomu v základním stavu odtrhli nejslaběji poutaný elektron a úplně jej vzdálili z prostoru atomu I [kJ/mol], příp. [eV/atom] Ionizačním energiím potřebným k vytváření iontů s vyšším nábojem se říká ionizační energie vyšších stupňů. Jsou vždy větší než první ionizační energie. Nejnižší ionizační energii mají alkalické kovy (jeden elektron v nově zaplňované n-té vrstvě) Maximální hodnoty ionizačních energií mají vzácné plyny (zcela zaplněná n-tá vrstva).

Elektronová afinita Elektronová afinita = energie uvolněná při připoutání elektronu k atomu za vzniku aniontu Elektrony jsou snadněji poutány těmi atomy, jejichž elektronová valenční sféra se svým zaplněním blíží struktuře vzácného plynu. Prvky s velkou elektronovou afinitou (např. F, Cl, Br, I) snadno tvoří anionty.

Periodická soustava prvků Periodický zákon: Vlastnosti prvků jsou periodickou funkcí jejich protonového čísla Periody : 7 vodorovných řad Skupiny : 18 svislých sloupců tvoří 8 skupin

Periodická soustava prvků A skupiny = hlavní - nepřechodné prvky B skupiny = vedlejší - přechodné prvky IA alkalické kovy IIA kovy alkalických zemin – od Ca VIA chalkogeny VIIA halogeny VIIIA vzácné plyny

s prvky – mají valenční elektrony na hladině s p prvky – mají valenční e- v hladině ns, np d prvky – ns a (n-1)d f prvky – ns, (n-1)d, (n-2)f