Složení a struktura atomu. vývoj představ o složení hmoty –pojem atom poprvé použil Demokritos (5.st.př.n.l.) veškerá hmota je složena z malých neviditelných.

Prezentace na téma: "Složení a struktura atomu. vývoj představ o složení hmoty –pojem atom poprvé použil Demokritos (5.st.př.n.l.) veškerá hmota je složena z malých neviditelných."— Transkript prezentace:

1 Složení a struktura atomu

2 vývoj představ o složení hmoty –pojem atom poprvé použil Demokritos (5.st.př.n.l.) veškerá hmota je složena z malých neviditelných částic = atomů –atom je dále nedělitelný, nelze je vytvářet ani zničit –liší se navzájem tvarem, polohou a uspořádáním –poté byl atom na dlouho zapomenut

3 Složení a struktura atomu –v 19. století formuloval John Dalton Atomovou teorii každý prvek se skládá ze stejných atomů –nelze je měnit ani ničit, jen různě uspořádat –Thompsonův (pudinkový) model –objevil přítomnost elektronů v atomu –atom je tvořen rovnoměrně nabitou kladnou hmotou, ve které jsou rozptýleny záporně nabité elektrony pudinkový model

4 Složení a struktura atomu –Rutherfordův (planetární) model objevil přítomnost atomového jádra záporně nabité elektrony krouží po kružnicích kolem velmi malého kladně nabitého jádra (jako planety kolem slunce) –Bohrův model předpokládá existenci určitých vzdáleností, ve kterých mohou elektrony kolem jádra kroužit, aniž by se zřítili do jádra Bohrův model

5 Složení a struktura atomu –kvantově-mechanický model elektrony se kolem jádra pohybují nahodile –pro elektrony lze určit, s jakou pravděpodobností se budou nacházet ve vybrané části prostoru »lze vymezit oblast, ve které se bude konkrétní elektron s největší pravděpodobností vyskytovat oblast výskytu elektronů - orbital

6 Složení a struktura atomu Složení atomu –obsahuje 3 druhy částic – protony, neutrony a elektrony část atomučásticeznačkanábojhmotnost (kg)hmotnost (u) jádroprotonp+11,67·10 -27 1 jádroneutronn01,67·10 -27 1 obalelektrone9.10·10 -31 0

7 Jádro atomu nachází se ve středu atomu je asi 100 000x menší než celý atom –kdyby měl atom průměr 100m, jádro by bylo velké jako zrnko máku jádro tvoří prakticky celou hmotnost atomu –hmotnost elektronů je ve srovnání s hmotností protonů a neutronů zanedbatelná

8 Jádro atomu v jádře nacházíme protony a neutrony –protonové číslo Z – počet protonů v jádře –neutronové číslo N – počet neutronů v jádře –nukleonové číslo A – počet nukleonů v jádře = počet jaderných částic A = Z + N

9 Jádro atomu prvek soubor atomů se stejným protonovým číslem ( 6 C, 8 O) izotopy atomy prvku s různým neutronovým číslem ( 12 C, 13 C) nuklid soubor atomů se stejným protonovým i neutronovým číslem ( 2 1 H,...)

10 Radioaktivita jádra některých nuklidů jsou nestabilní a podléhají přeměnám radioaktivita = proces, při kterém dochází ke změnám jader –je provázena vznikem neviditelného záření radioaktivní záření

11 Radioaktivita –důležitým faktorem stability jádra je poměr počtu neutronů N a protonů Z pro prvky s nižším protonovým číslem jsou nejstálejší nuklidy s poměrem 1 – 12 6 C, 16 8 O,... pro prvky s vyšším protonovým číslem tento poměr narůstá až k hodnotě 1,5 „řeka stability“ –graf zakreslující stabilní nuklidy podle N a Z

12 „řeka stability“ [1]

13 Radioaktivita –radioaktivní (jaderné) přeměny jsou spojeny s uvolňováním částic z jádra záření α –je tvořeno částicemi α (jádra helia 4 2 He) –má velmi krátký dosah, je málo pronikavé záření β –je tvořeno elektrony 0 -1 e (záření β - ) nebo pozitrony 0 +1 e (záření β + ) –je pronikavější než α

14 Radioaktivita záření γ –elektromagnetické vlnění s vysokou energií –podobá se rentgenovému záření –má velmi vysokou pronikavost –zpravidla doprovází záření β pronikavost záření

15 Radioaktivita Radioaktivní rozpady –rozpad α typický pro jádra těžkých prvků z jádra se uvolní částice α (jádro 4 2 He) vzniká jádro nového prvku chudšího o dva protony a dva neutrony (o 2 místa v periodické tabulce nalevo)

16 Radioaktivita –rozpad β - typický pro jádra s přebytkem neutronů (například 3 1 H) přebytečný neutron se přemění na proton a elektron –proton zůstane v jádře vzniklé jádro má o jeden proton více a jeden neutron méně (vzniká prvek ležící napravo v PSP)

17 Radioaktivita –rozpad β + typický pro jádra prvků obsahujících přebytek protonů nadbytečný proton se přemění na neutron a pozitron –kladně nabitý elektron vzniká prvek chudší o jeden proton a bohatší o jeden neutron (o jedno místo vlevo)

18 Radioaktivita –elektronový záchyt přebytek protonů může vést i k záchytu elektronů –elektron z obalu je zachycen přebytečným protonem v jádře a vznikne neutron vzniká prvek chudší o jeden proton a bohatší o jeden neutron (o jedno místo vlevo)

19 jaderné přeměny nuklidů [2]

20 Radioaktivita –poločas rozpadu čas, za který se rozpadne polovina jader radioaktivního nuklidu nezáleží na množství atomů –pro daný nuklid je konstatní, nelze jej ovlivnit 212 Po3. 10 -7 s 238 U4,5. 10 9 let 222 Rn3,82 dne

21 Radioaktivita

22 –rozpadové řady posloupnosti radioaktivních rozpadů vycházejí z poměrně stálých nuklidů – 232 Th (t 1/2 = 13,9 miliard let) – 238 U (t 1/2 = 710 milionů let) – 235 U (t 1/2 = 4,5 miliard let) –následující rozpady jsou výrazně pomalejší »ustavilo se stálé množství meziproduktů v přírodě –všechny končí nuklidy olova, které jsou stabilní

23 thoriová rozpadová řada [3] uranová rozpadová řada [4] aktiniová rozpadová řada [5]

24 byla objevena i umělá rozpadová řada 237 Np → 209 Bi neptuniová rozpadová řada [6]

25 Radioaktivita Jaderné reakce uměle vyvolané jaderné přeměny reakce atomového jádra s jinou částicí –prosté jádro uvolňuje jednu nebo více lehkých částic počet částic v jádře se mění jen málo 14 7 N + 4 2 α → 17 8 O + 1 1 p –zkrácený zápis 14 7 N (α, p) 17 8 O

26 Radioaktivita –takto připravené nuklidy jsou často nestálé a samovolně se rozpadají umělá radioaktivita 27 13 Al + 4 2 α → + 1 0 n → 30 14 Si + –objevili ji manželé Joliot-Curie 1933 30 15 P 0 +1 e Frédéric a Irène Joliot-Curie [7]

27 Radioaktivita –štěpné po srážce s jinou částicí (neutronem,...) dochází k rozštěpení původního jádra, zpravidla na dvě menší dochází k nim u těžkých atomů 235 U + 1 n → 93 Kr + 140 Ba + 3 1 n častým produktem štěpných reakcí jsou další neutrony –ty mohou způsobit štěpení dalších jader »řetězová jaderná reakce

28 Radioaktivita –termojaderná fúze při reakci dochází ke slučování lehkých jader více prvků za vzniku jádra těžšího prvku probíhá za vysokých teplot (Slunce) 2 H + 2 H → 3 He + 1 n 2 H + 3 H → 4 He + 1 n 2 H + 6 Li → 7 Be + 1 n

29 Radioaktivita Význam –jaderná energetika štěpení 235 U v jaderných elektrárnách –je třeba regulovat množství neutronů »grafitové tyče, kyselina boritá termojaderná fúze –zatím pouze experimentální reaktory »tokamaky –produkuje velké množství energie

30 Radioaktivita řetězová štěpná reakce [8] rozpad jádra uranu [9] pohled do tokamaku [10]

31 Radioaktivita –lékařství značení látek v těle pomocí některých radionuklidů diagnostika zářením produkovaným radionuklidy –zbrojírenství atomové bomby –neřízená řetezová štěpná reakce vodíkové bomby –termojaderná fúze je zahájena řetězovou jadernou reakcí jaderná bomba „Fat man“ [11]

32 Radioaktivita –radiouhlíková metoda datování sleduje obsah uhlíku 14 C ve vzorku rostlinných nebo živočišných tkání –ten je za života organismu stálý »rostliny jej získávají z atmosféry (CO 2 ), živočichové z rostlin –po úmrtí organismu dochází k pomalému rozpadu 14 C »poločas rozpadu je 5730 let použitelná pro stáří od asi 100 do 50 000 let Ötzi – mumie eneolitického člověka [12]

33 Zdroje 1.www.wikipedia.org, Isotopes and half-life [online]. 2009-09-26 [cit. 2013-10-02]. Dostupné z:www.wikipedia.org http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/80/Isotopes_and_half-life.svg 2.www.wikipedia.org, Table isotopes en [online]. 2009-05-05 [cit. 2013-10-02]. Dostupné z:www.wikipedia.org http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c4/Table_isotopes_en.svg 3.www.wikipedia.org, Decay chain(4n,Thorium series) [online]. 2008-12-20 [cit. 2013-10-02]. Dostupné z:www.wikipedia.org http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1c/Decay_chain%284n%2CThorium_series%29.PNG 4.www.wikipedia.org, Decay chain(4n+2, Uranium series) [online]. 2008-12-20 [cit. 2013-10-02]. Dostupné z:www.wikipedia.org http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a1/Decay_chain%284n%2B2%2C_Uranium_series%29.PNG 5.www.wikipedia.org, Aktiniová řada [online]. 2007-09-11 [cit. 2013-10-02]. Dostupné z:www.wikipedia.org http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c8/Aktiniova_rada.svg 6.www.wikipedia.org, Decay chain(4n+1,Neptunium series) [online]. 2008-12-20 [cit. 2013-10-02]. Dostupné z:www.wikipedia.org http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Decay_chain%284n%2B1,Neptunium_series%29.PNG 7.www.wikipedia.org, Frederic and Irene Joliot-Curie [online]. 2012-02-14 [cit. 2013-10-02]. Dostupné z:www.wikipedia.org http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/39/Frederic_and_Irene_Joliot-Curie.jpg 8.www.wikipedia.org, Fission chain reaction [online]. 2008-01-19 [cit. 2013-10-02]. Dostupné z:www.wikipedia.org http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9a/Fission_chain_reaction.svg

34 Zdroje 9.www.wikipedia.org, Nuclear fission [online]. 2010-03-03 [cit. 2013-10-02]. Dostupné z:www.wikipedia.org http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/15/Nuclear_fission.svg 10.www.wikipedia.org, Tcv int [online]. 2010-10-02 [cit. 2013-10-02]. Dostupné z:www.wikipedia.org http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/18/Tcv_int.jpg 11.www.wikipedia.org, Fat man [online]. 2010-01-02 [cit. 2013-10-02]. Dostupné z:www.wikipedia.org http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1a/Fat_man.png 12.www.wikipedia.org, OetzitheIceman02 [online]. 2007-05-12 [cit. 2013-10-02]. Dostupné z:www.wikipedia.org http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/1/1d/OetzitheIceman02.jpg