STRUKTURA HMOTY.

Prezentace na téma: "STRUKTURA HMOTY."— Transkript prezentace:

1 STRUKTURA HMOTY

2 Vývoj názorů na stavbu atomů
Základní pojmy Atomové jádro Elektronový obal Radioaktivita

3 1. Vývoj názorů na stavbu atomu
Demokritos zakladatel atomové teorie myšlenka, že látky se skládají z nejmenších dále nedělitelných částeček - atomů (atomos = nedělitelný) Leukippos - pravý objevitel atomu Robert Boyle zjistil, že všechny prvky se skládají z atomů zakladatel korpuskulární teorie (teorie částeček)

4 John Dalton -navázal na Demokritovu atomovou teorii
- zavedl 3 základní postuláty: 1) Atomy téhož prvku jsou stejné a prvky se vzájemně liší. 2) Reakce jsou přeskupováním atomů, atomy nemůžeme vytvořit, ani zničit. 3) Reakcemi vznikají sloučeniny a poměr prvků v nich je stálý.

5 Michael Faraday Joseph Thompson Ernest Rutherford
- předpověděl existenci elektronu Joseph Thompson - objevitel elektronu Ernest Rutherford - objevil kladně nabité jádro a elektronový obal, - vytvořil planetární model atomu

6 Planetární model atomu:
objevitel atomového jádra E. Rutherford předpokládal, že se elektrony kolem jádra pohybují po kružnicích podle zákonů klasické fyziky by však musel být periodický pohyb elektronu kolem jádra doprovázen vyzařováním elektromagnetické-ho vlnění, energie elektronu by postupně klesala, poloměr jeho dráhy by se rychle zmenšoval, až by nakonec dopadl na jádro - atom by zanikl

7 Bohrův model atomu: Niels Bohr v r doplnil planetární model atomu předpokladem, že se elektrony po stacionárních drahách, (tj, po kružnicích s určitým poloměrem), mohou pohybovat s konstantní energií bez vyzařování elektromagne-tického vlnění Vycházel z Planckovy kvantové teorie a usoudil, že se energie elektronu v atomu může měnit pouze po určitých dávkách - kvantech, a to při přechodu z jedné stacionární dráhy na druhou

8

9 Nový Bohrův model tak vystihoval základní
vlastnost elektronu v atomu existovat jen ve stavech s určitou energií a tuto energii měnit pouze ve skocích, nikoli spojitě Niels Bohr – jako první pro dráhy elektronu použil název orbital

10 Erwin Schrödinger - zakladatel vlnové
mechaniky, Louis de Broglie - vyslovil myšlenku, že nejen foton, ale každá částice má korpuskulární a vlnové vlastnosti, - v r obdržel Nobelovou cenu za fyziku za objev vlnové povahy elektronu, - na myšlenku korpuskulárně-vlnového dualismu navázali Schrödinger a Heisenberg,

11 Kvantově mechanický model atomu:
Kvantování energie - energie mikročástic je v určitých případech kvantována a může nabývat pouze určitých hodnot, nemůže se měnit spojitě, ale skokem, mikročástice atomu (elektron) musí přijímat nebo vyzařovat energii po kvantech, nemůže získat pouze zlomek energetického kvanta Duální charakteristika (korpuskulárně-vlnový mechanismus) mikročástice se někdy chová jako částice a někdy jako vlna, vlnu nemůžeme lokalizovat v prostoru (projde 2 otvory najednou), platí pro ni skládání a ohyb, částice je lokalizovatelná v prostoru

12 Heisenbergův princip neurčitosti
není možné určit příští polohu mikročástice, protože náraz 1 fotonu na mikročástici změní její pohyb, po nárazu fotonu s co nejmenší energií (největší vlnovou délkou) dokážeme odhadnout, kde bude částice v dalším okamžiku po nárazu, ale nevíme, kde je teď, pokud použijeme foton s největší energií (nejmenší vlnovou délkou), tak dokážeme určit, kde je mikročástice (elektron) v tomto okamžiku, ale nevíme, kde bude po nárazu

13 2. Základní pojmy

14 Atom základní stavební částice, z níž jsou vybudovány látky,
2) pojmenování vzniklo v Řecku v 5. st. př. n. l. na základě představy,že je nedělitelný, 3) na počátku tohoto století bylo dokázáno, že se atomy skládají z kladně nabitého jádra obklopeného elektrony, které tvoří elektronový obal, 4) atom jako celek jen elektroneutrální

15 5) atom již chemicky nelze dále dělit.
(lze jej rozložit pouze fyzikálními metodami – např. bombardováním neutrony) 6) všechny atomy téhož prvku mají shodný počet protonů a elektronů, některé se liší počtem neutronů

16 Velikost atomu je přibližně: 10-10 m
Velikost jádra je přibližně: m (jádro je tedy přibližně 10 tisíc – 100 tisíc krát menší než atom)

17 Elementární částice atomu mají dualistický
Jsou to částice, které vytvářejí jádro a obal Elementární částice atomu mají dualistický charakter, tzn. chovají se jako : - hmotné částice (mají hmotnost) - vlnění

18 Název označení hmotnost náboj
Proton p, p , kg , C Neutron n, n , kg Elektron e, e , kg , C - hmotnost protonů je téměř stejná jak hmotnost neutronů, elektron je přibližně 1840 krát lehčí než proton. - elektrony a protony mají náboj stejné velikosti nesloučený atom, který je elektroneutrální částicí, obsahuje stejný počet protonů a elektronů. Další elementární částice: pozitrony mezony neutrina antineutrina

19 Nuklid soubor atomů téhož prvku se stejným hmotnostním číslem
př. nuklid C je složen z atomů, s nukleo- novým číslem 12 a protonovým číslem 6

20 3. Atomové jádro

21 Atomové jádro - atomové jádro je tvořeno protony a neutrony, a proto
má vždy kladný elektrický náboj. - hmotnost atomového jádra i celého atomu závisí na počtu protonů a neutronů - protony a neutrony jsou v atomovém jádře poutány velkými přitažlivými silami, což způsobuje soudržnost atomového jádra (u stálých jader převyšují dokonce elektrické odpudivé síly mezi protony, stálost jader závisí na poměru neutronů a protonů, s výjimkou vodíku a helia platí poměr pro lehčí prvky 1 : 1, pro těžší prvky 3:2) - při rozpadu jádra se část energie poutající protony a neutrony uvolňuje ve formě jaderné energie

22 PROTONOVÉ ČÍSLO (Z) NUKLEONOVÉ ČÍSLO (A)
- udává počet protonů v jádře atomu a je shodné s pořadovým číslem prvku v periodické sou-stavě NUKLEONOVÉ ČÍSLO (A) – udává počet nukleonů (součet protonů a neutronů) v atomovém jádře

23 Určení počtu částic: počet protonů: Z
počet elektronů: A počet neutronů: A – Z

24 (využití – v lékařství, v biologii, v zemědělství)
Mnoho prvků je však tvořeno atomy o různém počtu neutronů: IZOTOPY jsou atomy téhož prvku, které mají stejný počet protonů (Z), liší se však počtem neutronů. Př. vodík „protium“ H „deuterium“ 2H „tritium“ H Mimo přírodních izotopů, existuje také řada izotopů, které byly vyrobeny uměle, tzv. RADIOIZOTOPY (využití – v lékařství, v biologii, v zemědělství)

25 4. Elektronový obal

26 Pro chemické vlastnosti prvku je rozhodující rozmístění
elektronů v atomovém obalu, tzv. elektronová konfigurace Elektronový obal je tvořen elektrony, každý elektron má jeden elementární záporný náboj (-1, C), což je nejmenší známý samostatně exi-stující záporný náboj, každý elektron se snaží o co nejnižší energii (tzn. být co nejblíže jádru) s rostoucí vzdáleností od jádra klesá elektronová hustota

27 Orbital Jednotlivé orbitaly se liší svojí velikostí, tvarem
Je to prostor, kde najdeme elektron s 99% pravděpo- dobností Jednotlivé orbitaly se liší svojí velikostí, tvarem a prostorovou orientací. Lze je popsat kvantovými čísly.

28 Elektrony se stejným hlavním kvantovým číslem (např. 2s a 2p) tvoří elektronovou slupku neboli vrstvu, jednotlivé vrstvy se označují velkými písmeny K, L, M, N, O, P, Q v pořadí podle stoupajícího hlavního kvantového čísla elektrony se stejným hlavním a vedlejším kvantovým číslem tvoří podslupku (např. 3d nebo 4s) - elektrony stejné podslupky mají stejnou energii - jsou na stejné energetické hladině

29 - energie jednotlivých hladin závisí na hodnotě protonového čísla
stav atomu s nejnižší energií se nazývá stavem základním, stavy s vyšší energií jsou stavy excitované

30 (používají se k jednoznačnému určení stavu elektronu)
KVANTOVÁ ČÍSLA (používají se k jednoznačnému určení stavu elektronu) Hlavní kvantové číslo n - udává velikost orbitálu a tím i energii elektronu, určuje příslušnost elektronu do jedné ze 7 energetických vrstev nabývá hodnot 1, 2, 3, 4, 5, …. atom je v základním stavu, dodáním příslušného kvanta energie lze atom převést do vzbuzeného - excitovaného stavu s vyšší energií, n je rovno čísle periody v tabulce

31 Vedlejší kvantové číslo l
- je omezeno hodnotou n a může nabývat hodnot 0,1,2,3,….., (n - 1), hodnotám l se přiřazují písmena: hodnota l 0, 1, 2, 3,… písmeno s, p, d, f,…(g) - vedlejší kvantové číslo udává „tvar“ tvar orbitálu

32 Typy orbitalů: - orbital s – mají tvar koule - orbital p – tvar prostorové osmičky - orbitaly d, f – složitější prostorové útvary

33

34

35

36

37 Magnetické kvantové číslo m
- udává prostorovou orientaci orbitalu a současně určuje i celkový počet orbitálu daného typu, - v prostoru, může se měnit v rozmezí od -l do +l (včetně nuly), např. pro l=2 může mít hodnoty -2, -1, 0, 1, 2 s <0> 1 prostorová variace p <-1, +1> 3 prostorové variace d <-2, +2> 5 prostorových variací f <-3, +3> 7 prostorových variací

38 Degenerované orbitaly
Energie elektronu - závisí na hlavním i vedlejším kvantovém čísle Degenerované orbitaly - orbitaly se stejnou energií (stejným n a l), ale různým m

39 Spinové magnetické kvantové číslo s
udává směr rotace elektronu, nabývá 2 hodnot, elektrony s opačným spinem se přitahují

40 PRAVIDLA ZAPLŇOVÁNÍ ORBITALŮ

41 Pauliho princip (W. Pauli, 1925)
každý orbital je charakterizovaný třemi kvantovými čísly (n, l, m), může být obsazen nejvýše dvěma elektrony, s opačným spinem, v jedné vrstvě může být maximálně 2n2 elektronů, žádné dva elektrony v atomu nemohou mít stejné hodnoty čtyř kvantových čísel orbital s p d f počet elektronů

42 (princip minimální energie)
Výstavbový princip (princip minimální energie) elektrony obsazují hladiny postupně tak, aby výsledný systém měl co nejnižší energii: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p

43

44

45 Hundovo pravidlo (F. Hund, 1925)
orbitaly se stejnou energií, tj. degenerované, se obsazují nejprve všechny po jednom elektronu a potom teprve elektronem s opačným spinem

46

47