Atomy nejsou dále dělitelné chemickými postupy (využití chemických reakcí). •Po objevu vnitřní struktury atomu a jeho jádra víme, že atomy nepředstavují.

Prezentace na téma: "Atomy nejsou dále dělitelné chemickými postupy (využití chemických reakcí). •Po objevu vnitřní struktury atomu a jeho jádra víme, že atomy nepředstavují."— Transkript prezentace:

1 Atomy nejsou dále dělitelné chemickými postupy (využití chemických reakcí).
•Po objevu vnitřní struktury atomu a jeho jádra víme, že atomy nepředstavují základní částice látky, ale jsou pouze jednou z jejích hierarchických strukturních jednotek. •Atomy se skládají z atomového obalu, který je tvořen elektrony (lehké, záporně nabité částice) a atomového jádra (těžké kladně nabité). •Příklad: •Atom hélia se značí He a je složen z jádra (zde tvořeno dvěma protony a dvěma neutrony) a dvou elektronů. Některé vlastnosti atomů: •Elektroneutralita znamená, že záporný elektrický náboj elektronového obalu je přesně kompenzován kladným elektrickým nábojem atomového jádra. • atomové číslo (dnes protonové číslo), je dáno počtem protonů Ionty - ionizace •Pokud dojde k odtržení jednoho či více elektronů z atomového obalu, hovoříme o ionizaci. •Ionizací vzniká kationt (kladně nabitý iont). •Při zachycení elektronu naopak vzniká aniont. Příklad ionizace •Odtržením elektronu atomu vodíku H vzniká kationt H+ (u vodíku holé jádro). •Odtržením elektronu atomu He vzniká kationt He+ . •Odtržením dalšího elektronu dvojnásobně nabitý kationt He2+ . •Naopak zachycením elektronu vznikne aniont He- . Molekula • Jedná o nejmenší částici látky, která má její chemické vlastnosti. •Může být tvořena jedním, dvěma nebo více atomy. Hovoříme tak o jednoatomové, dvojatomové nebo víceatomové molekule.

2 V magnetickém poli působí na ionty s nábojem Z
radiální Lorentzova síla, ta vytváří zatáčecí dostředivou sílu: B.Z.v = m.v2/r, m.v2/2 = z.U Úpravou máme : m/Z = B2.r2/(2.U) Elektricky nabité částice (ionty), které se pohybují v magnetickém poli, jsou tímto polem vychylovány ze své původní dráhy silou, která působí kolmo na směr jejich pohybu a na směr intenzity magnetického pole. V homogenním magnetickém poli se tedy ionty pohybují po zakřivené dráze, jejíž poloměr r závisí na kinetické energii iontů a intenzitě magnetického pole. hmotnostní spektrometrie je analytická metoda sloužící k převedení molekul na ionty, rozlišení těchto iontů podle poměru hmotnosti a náboje (m/z) a následnému záznamu relativních intenzit jednotlivých iontů • je mimořádně citlivá, destruktivní metoda, minimální spotřeba vzorku, • hmotnostní spektrometr je iontově-optické zařízení, které separuje ionty podle poměru jejich m/z Ionty o rozdílném poměru m/z opisují dráhy o různých poloměrech, dochází k prostorové disperzi iontů podle jejich hmotnosti

3 dualismus vlna- částice
Vlnové vlastnosti částic Louis Victor Pierre Raymond duc de Broglie ( ) de Broglieova vlnová délka částice dualismus vlna- částice

4 (=stotisíckrát kratší než viditelné světlo).
Vlnová délka příslušející urychlenému elektronu (60kV) je přibližně 0,005nm (=stotisíckrát kratší než viditelné světlo). Pohyb nabitých částic je možno ovlivnit poli Jak nastane lom e-paprsku na rozhraní dvou potenciálů, elektronový paprsek se pohybuje rychlostí v1 uvnitř tělesa na potenciálu U1, odtud vnikne hliníkovou fólií do druhého tělesa o potenciálu U2 a změní rychlost, poměr normálových složek v obou prostorech je viz vztah, tedy směr paprsku se v důsledku toho změní tak, že se odchýlí Rozliš.schopnost mikroskopu Detekce obrazu: stínítko pokryté ZnS; fotografická deska; obrazovka Rozlišovací schopnost elektronového mikroskopu je 0,5-0,7 nm, špičkově 0,25-0,3nm

5 Funkci čoček v elektronovém mikroskopu zastávají vhodně tvarovaná elmg pole.
Pozorovaný předmět je ve vakuu a „prosvětlujeme“ ho svazkem elektronů, který se průchodem rozptýlí a dopadne na stínitko

6 Elektrony mohly být v atomu umístěny různě a vytvářet tak různé struktury. Elektrony se v oblaku kladného náboje mohly volně pohybovat, což značí, že se nejedná o statický, ale dynamický model atomu. Předpokládalo se, že elektrony se pohybují po určitých orbitech, přičemž jsou stabilizovány přitažlivým působením oblaku kladného elektrického náboje a odpudivým působením ostatních elektronů v atomu. Thomson se (neúspěšně) pokusil spojit jednotlivé orbity se spektrálními čarami různých prvků.

7 http://phet. colorado. edu/new/simulations/sims. php
Rutherfordův experiment byl experiment provedený v roce 1911 na univerzitě v Manchesteru. Experiment provedli Hans Geiger a Ernest Marsden pod vedením Ernesta Rutherforda. Při experimentu byly různé kovy bombardovány alfa částicemi, přičemž se měřila odchylka směru pohybu alfa částic po srážce vzhledem ke směru před srážkou Tento experiment vedl k zamítnutí Thomsonova modelu atomu a jeho nahrazení modelem planetárním.

8 Rutherfordův rozptyl a-částic na atomových jádrech

9

10

11 důležité + 2e θ + Ze Velikost jádra lze odhadnout z minimální vzdálenosti mezi a-částicí a jádrem, kterou částice dosáhne při f = p, vyjde řádově m.

12

13 http://video.google.com/videoplay?docid=8626511815835030759 Závěry:
Atom se skládá z malého, kladně nabitého jádra, ve kterém je soustředěna téměř veškerá hmotnost atomu, zabírá však minimální zlomek jeho celkového objemu.

14

15

16

17

18 Niels Henrik David Bohr (1885-1962)
energie: volná částice může mít spojitou energii, v ostatních případech je energie kvantována

19

20 Bohrův model atomu 1913: 3 postuláty popírající částečně klasickou mechaniku a klasickou elektrodynamiku: Elektron může trvale kroužit kolem jádra atomu jen v takových kruhových drahách, pro které 2π násobek momentu hybnosti elektronu vzhledem k jádru je celistvým násobkem Planckovy konstanty Pokud elektron obíhá v některé z kvantových drah, atom nezáří, jeho energie je stálá. Při přechodu elektronu na jinou kvantovou dráhu se vyzáří nebo pohltí foton, jehož energie je rovna změně energie elektronu:

21 v mikrosvětě jsou hodnoty všech veličin malé a ukazuje se, že některé jsou zásadně nespojité
elektrický náboj: Náboj akumulátoru v automobilu je 55 Ah, tj. C, ve skutečnosti je to celistvý násobek elementárního náboje, který je velký e = 0, C. Tento násobek může být e = 1,236·1024 e = C. některé veličiny zůstávají spojité i v mikrosvětě: souřadnice (poloha), hmotnost, čas jiné jsou zásadně diskrétní (nespojité, kvantované): elektrický náboj, moment hybnosti (veličina popisující rotační pohyb)

22

23

24

25 Balmerův příběh

26 Franckův Hertzův pokus
Franck a Hertz měřili závislost proudu I tekoucího galvanometrem A na napětí V mezi katodou a mřížkou. Získali tak voltampérové charakteristiky podobné té, kterou pro ilustraci uvádíme na následujícím obrázku. Interpretace výsledků experimentu - v rámci klasické fyziky nepochopitelný. Podle ní bychom totiž ve shodě s Ohmovým zákonem očekávali spíše monotónní závislost proudu na mřížkovém napětí. Elektrony vystupující z katody jsou urychlovány elpolem mezi katodou a mřížkou. Kdyby nebylo srážek s atomy par pohybovaly by se rovnoměrně zrychleně s energií rostoucí lineárně se vzdáleností od katody. Zmíněné srážky charakter pohybu elektronů ovlivňují, pružné srážky mění jeho směr. Vzhledem k velkému rozdílu mezi hmotnostmi elektronů a atomů nedochází během nich k téměř žádným změnám kinetické energie elektronů. Naopak ve srážce nepružné, která je doprovázena excitací srážejícího se atomu, se kinetická energie elektronů zmenšuje. A zde je třeba hledat původ oněch záhadných maxim a minim na voltampérových charakteristikách změřených Franckem a Hertzem. Je-li vnitřní energie atomů kvantována, může se měnit jen skokem. Ve FH pokusu se elektrony srážejí právě jen s atomy v základním stavu. elektron s kinetickou energií nižší než potřebnou nemůže atom, s nímž se sráží, excitovat. Situace se ovšem zcela změní, dosáhne-li napětí V hodnoty, když mají elektrony urychlené tímto napětím dostatečnou kinetickou energii na to, aby mohly během srážky atom excitovat. Pak dochází poblíž mřížky k velkému počtu nepružných srážek elektronů s přítomnými atomy par, ve kterých elektrony ztrácejí téměř beze zbytku svou kinetickou energii. Nemohou pak ale překonat brzdicí napětí mezi mřížkou a anodou a dochází proto k prvnímu prudkému poklesu proudu tekoucího galvanometrem A. Podobně i další poklesy proudu tekoucího galvanometrem A odpovídají ztrátám energie elektronů v nepružných, tentokrát násobných srážkách s atomy par. Za druhý pokles odpovídají první nepružná srážka někde v polovině vzdálenosti mezi mřížkou a katodou a druhá u mřížky. Urychlující napětí je v tomto případě . Třetí pokles proudu je způsoben třemi nepružnými srážkami, a to v třetině a dvou třetinách vzdálenosti katoda - mřížka a u mřížky. Urychlující napětí je tentokrát . A tak dále. Pro páry rtuti zjistili Franck a Hertz, že první pokles proudu nastává pro mřížkové napětí V = 4,9 V. Energetický rozdíl mezi základní a první excitovanou hladinou v atomu rtuti by tedy měl být . V dokonalém souladu s tímto závěrem pozorujeme v absorpčním spektru rtuťových par spektrální čáru o vlnové délce 253,6 nm, jíž odpovídá energie fotonu rovná právě oněm 4,9 eV.

27

28

29

30

31 pravděpodobnostní charakter

32 atom vodíku v základním stavu

33 nejpravděpodobnější vzdálenost elektronu od jádra

34 atom vodíku v excitovaném stavu

35 relace neurčitosti

36 1. Heisenbergova relace neurčitosti
Werner Heisenberg ( ) příklady: dvojí filosofický výklad důsledky a projevy

37 princip totožnosti

38 Částice se stejnými fyzikálními vlastnostmi jsou navzájem nerozlišitelné.
částice, které se řídí tímto vztahem jsou bosony částice, které se řídí tímto vztahem jsou fermiony Třídy částic mají názvy podle statistických rozdělení, kterými se skupiny částic daného typu řídí: Boseho-Einsteinovo a Fermiho-Diracovo

39 Pauliův princip

40

41 pro fermiony platí Pauliův vylučovací princip:
V soustavě stejných fermionů nemohou existovat 2 fermiony v totožném stavu. Wolfgang Pauli  ( )

42

43

44

45 Periodická soustava prvků
1869 Mendělejev Prvky vypsal spolu s atomovými „vahami“ na papírky, seřazoval je do řádek. Když narazil na skokovou změnu v chemických a fyzikálních vlastnostech (F-Na, Cl-K), začal novou řádku. Hlavním úspěchem tohoto uspořádání byla předpověď nových prvků: ekaaluminium – gallium ekabór – scandium ekasalicium – germanium Dimitrij Ivanovič Mendělejev  ( )

46

47

48

49

50

51