2. ročník učebních oborů 4. Fyzika atomu

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Fyzika atomu Fyzika učební obory druhý Mgr. Libor Vakrčka Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín prostřednictvím využití ICT je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Prohlášení Prohlašuji, že jsem tento výukový materiál vypracoval(a) samostatně, a to na základě poznatků získaných praktickými zkušenostmi z pozice učitele ve Střední odborné škole Josefa Sousedíka Vsetín, a za použití níže uvedených informačních zdrojů a literatury. Tento výukový materiál byl připravován se záměrem zkvalitnit a zefektivnit výuku minimálně v  vyučovacích hodinách.. Ve Vsetíně dne podpis autora Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín prostřednictvím využití ICT je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Obsah – 4. kapitola: Fyzika atomu 4.1. Stavba atomu 4.1.1. Elektricky neutrální atom 4.1.2. Protonové, nukleonové a oxidační číslo 4.1.3. Kladný a záporný ion 4.1.4. Izotopy 4.2. Molekula 4.2.1. Rozdělení molekul 4.3. Radioaktivita 4.3.1. Přirozená a umělá radioaktivita 4.3.2. Druhy radioaktivního záření Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín prostřednictvím využití ICT je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Obsah – 4. kapitola: Fyzika atomu 4.4. Jaderná energie 4.4.1. Štěpná jaderná reakce 4.4.2. Využití štěpných jaderných reakcí 4.4.3. Termonukleární reakce 4.5. Shrnutí a procvičení učiva Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín prostřednictvím využití ICT je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

4.1. Stavba atomu Elektronový obal Protony – kladný elektrický náboj video video video Elektronový obal Protony – kladný elektrický náboj Neutrony – bez el. náboje (elektricky neutrální) + + - - Elektrony – záporný elektrický náboj Jádro

4.1.1. Elektricky neutrální atom video Elektricky neutrální atom má stejný počet kladně nabitých částic (protonů) jako záporně nabitých částic (elektronů) - + + -

4.1.2. Protonové, nukleonové a oxidační číslo Protonové číslo = počet protonů v jádru Nukleonové číslo = protony + neutrony v jádru Oxidační číslo = protony – elektrony Hélium chemická značka He - + + - 24He0

4.1.3. Kladný a záporný ion 24He+1 24He-1 + - Kladný ion má více kladně nabitých částic (protonů) než záporně nabitých částic (elektronů) Záporný ion má méně kladně nabitých částic (protonů) než záporně nabitých částic (elektronů) - - - + + + + - 24He+1 24He-1 + -

4.1.4. Izotopy jsou atomy se stejným protonovým číslem, ale odlišným nukleonovým číslem » liší se počtem neutronů - video Příklad: izotopy vodíku 13H0 11H0 12H0 - - + + - + lehký vodík deuterium tritium

4.2. Molekula je částice složená z atomů nebo iontů V plynech, kapalinách a některých pevných látkách jsou atomy chemickými vazbami vázány do molekul. V jiných pevných látkách jsou atomy vázány přímo bez tvorby molekul. Tak vznikají krystalické látky.

4.2.1. Rozdělení molekul Podle atomů, z nichž je molekula složena se molekuly dělí na: homonukleární - Molekuly obsahující pouze atomy stejného prvku (např. H2 , O3 , S8 ). heteronukleární - Molekuly skládající se z různých druhů atomů (např. H20, CO2 ). Molekula prvku je tvořena atomy jednoho druhu. Molekula sloučeniny obsahuje atomy různých prvků.

4.2.1. Rozdělení molekul Molekuly prvků (homonukleární) video ( S8 )

2.1. Rozdělení molekul Molekuly sloučenin (heteronukleární) video (H20, CO2 )

4.3. Radioaktivita neboli radioaktivní rozpad je samovolná přeměna jader nestabilních nuklidů na jiná jádra, při níž vzniká radioaktivní záření Změní-li se počet protonů v jádře, dojde ke změně prvku Radioaktivitu objevil v roce 1896 Henri Becquerel K objasnění podstaty radioaktivity zásadním způsobem přispěli francouzští fyzikové Pierre Curie a Maria Curie-Skłodowska

Maria Curie-Skłodowska 3. Radioaktivita Pierre Curie Henri Becquerel Maria Curie-Skłodowska

4.3.1. Přirozená a umělá radioaktivita Přirozená radioaktivita je důsledkem samovolného rozpadu atomového jádra. Přirozeně radioaktivních je mnoho látek v přírodě (takové látky se pak označují jako radioaktivní látky), včetně tkání živých organismů. Umělá radioaktivita je podmíněna přeměnou jádra, která je způsobena vnějším vlivem

4.3.2. Druhy radioaktivního záření Záření, které při radioaktivním rozpadu vzniká, je čtyř druhů, které označujeme jako α, β, γ a neutronové záření. Záření α je proud jader helia = α-částic = atom helia, z něhož byl odstraněn elektronový obal (symbol α nebo He2+ nebo 24He) - α He2+ - + + + + helium

4.3.2. Druhy radioaktivního záření Příklad záření α : Vložení radioaktivního izotopu polonia (Po) do hliníkové nádoby Polonium je přirozeně radioaktivní, přičemž při svém rozpadu vyzařuje α částice, které přeměňují hliník na izotop fosforu

4.3.2. Druhy radioaktivního záření Záření β je proud záporně nabitých elektronů Záření γ je elektromagnetické záření vysoké frekvence Neutronové záření je proud neutronů video video – dosah radioaktivního záření

4.4. Jaderná energie je energie, která se uvolňuje z jaderných reakcí v atomovém jádře. Pro mírové účely se v současnosti průmyslově využívá štěpná reakce uranu nebo plutonia, uvažuje se rovněž o využití thoria. Předmětem intenzivního výzkumu je praktické využití termonukleární syntézy (především přeměna vodíku na hélium.

4.4.1. Štěpná jaderná reakce je jaderná reakce, při níž dochází k rozbití jádra nestabilního atomu vniknutím cizí částice (většinou neutronu) za vzniku energie Neutron pronikne do jádra uranu, je absorbován a tím se předá tomuto jádru tolik energie, že se rozkmitá a rozdělí se většinou na dva odštěpky, které se od sebe velkou rychlostí vzdalují. Jsou však velmi brzy brzděny nárazy o okolní atomová jádra a jejich pohybová energie se mění na energii tepelnou.

4.4.1. Štěpná jaderná reakce energie Schéma štěpné jaderné reakce 3692Kr Schéma štěpné jaderné reakce 3692Kr 56141Ba 92235U 92235U energie 92235U 38Sr 56141Ba 54Xe

4.4.1. Štěpná jaderná reakce jiný příklad

4.4.2. Využití štěpných jaderných reakcí Neřízená řetězová reakce, nechají se reagovat všechny vzniklé neutrony, reakce končí výbuchem tzv. atomové bomby Řízená řetězová reakce, nechá se reagovat pouze 1 neutron. To je využito v jaderných elektrárnách video 17% světové výroby elektřiny

4.4.3. Termonukleární reakce je proces, při kterém dochází ke sloučení atomových jader za pomoci vysoké teploty či tlaku (hvězdy) 12H + 12H --> 23He + neutron 12H + 12H --> 13H + 11H 12H + 13H --> 24He + neutron Řízená reakce: problém izolace obrovské teploty Neřízená reakce: termonukleární zbraně - mnohem větší devastující účinky než obyčejná štěpná atomová bomba

4.5. Shrnutí a procvičení učiva

Seznam použitých zdrojů a literatury INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Seznam použitých zdrojů a literatury František Jáchim, Jiří Tesař, Fyzika pro 8. ročník ZŠ, SPN Praha 2000, str. 141-152, ISBN 80-7235-125-7 Ivan Štoll, Fyzika pro netechnické obory SOŠ a SOU, 1.vydání, Prometheus Praha, str. 213-230, ISBN 80-7196-223-6 LANGMaster, Jak věci fungují 2, Fyzika, CD A, www.langmaster.cz Wikipedia - Encyklopedie na internetu Encyklopedie fyziky MEF, www. jreichl.com Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín prostřednictvím využití ICT je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky