Otázka: Složení a struktura atomu
Předmět: Chemie
Přidal(a): Nikola Jaščevská
Atomová teorie
Démokritos
5. stol. př. n. l. zavedl pojem atom a řekl, že látky se skládají z nepatrných a neoddělitelných částeček. Atomos=neoddělitelný.
John Dalton
Atomy jednoho prvku jsou stejné, atomy různých prvků se liší hmotností a vlastnostmi. V průběhu chemických reakcí dochází ke spojování, oddělování a přeskupování atomů. Atomy při nich nevznikají, nezanikají a ani se nemění na atomy jiných prvků (Z Daltonovy teorie vychází zákon zachování hmotnosti a zákon stálých slučovacích poměrů). Sloučením atomů vzniká sloučenina.
Modely atomů – představy o struktuře atomů
Thomsonův pudingový model – atom je velmi malá kladně nabitá koule, uvnitř které se nachází rovnoměrně rozptýleny záporně nabití elektrony. Počet elektronů je takový, že se navzájem s kladnými částicemi ruší. (puding s rozinkami)
Planetární model – E. Rutherford – ostřeloval tenkou zlatou folii kladně nebitými částicemi alfa a sledovalm jak jí procházejí – většina prošla bez vychýlení, z čehož usoudil, že 99% hmotnosti atomu připadá na kladné částice, které jsou soustředěny do těžkého malého místa.
Kvantově-mechanický model – N. Bohrn – Elektrony obíhají po určitých drahách (vrstvách) a vyzařují energii pouze při přechodu z vyšší do nižších
Sommerfeldův model- Sommerfeld – dráhy, po kterých se elektron pohybuje, jsou eliptické a každý elektron lze popsat 4 kvantovými čísly (n, l, s,m)
Vlnově mechanický model – energie mikročástice, které jsou kvantovány, se vyznačují tzv. korpuskulárně vlnovým charakterem > chová se jako vlna (záření) i jako hmotná částice = dualismus
Heinsenberg, De Broglie, Schrodinger – teorie: Nelze na 100% určit polohu (výskyt) elektronu a elektronovém obalu, ale pouze s určitou pravděpodobností. Tento prostor se nazývá orbital.
Heisenbergův princip neurčitosti – nelze na 100% určit polohu elektronu, ale pouze s určitou pravděpodobností. Na 95% se nachází z orbitalu.
Pravděpodobnost výskytu vlnovou funkcí – slouží k popisu pravděpodobnosti výskytu elektronu – funkce prostorových souřadnic.
Atomové jádro
Mnohem menší než elektronový obal, ale je v něm 99% hmotnost.
Obsahuje kladně nabité protony p+ (mp = 1.672× 10−27 kg) a neutrálně nabité neutrony n0 (mn = 1,674× 10−27 kg). Celkový náboj je neutrální.
Protonové číslo – Z, vyjadřuje počet protonů v atomovém jádře a současně počet elektronů v atomovém obale. Označuje se Z, píše se vlevo dole 6C
Nukleové číslo – Vyjadřuje celkový počet částic v jádře (protony a neutrony). Označuje se A, píše se vlevo nahoře 612C
A=Z+N
Nuklid – částice o daném počtu protonů a neutronů (dané Z a A)
Izotopy – látky se stejným protonovým číslem a jiným nukleonovým číslem. Stejné chemické ale odlišné fyzikální vlastnosti. (Izotopy 168O, 178O, 188O; 11H, 21 H, 31H)
Izobar – látky složené z různého počtu protonů Z, ale stejného počtu nukleonů A (90Mo, 90Zn, 90Ru; 40Ar, 40K, 40Ca)
Elektronový obal
Větší než atomové jádro, ale výrazně lehčí, obsahuje záporně nabité elektrony e–. Pohyb nelze popsat klasickou fyzikou – dualistický charakter. K popisu polohy (stavu) slouží tzv. vlnová funkce (Schrӧdingerova) rovnice – řešením je orbital
Orbital: místo neboli prostor kolem jádra, kde se elektron vyskytuje s 95% pravděpodobností. Orbitaly se liší velikostí, tvarem a prostorovou orientací.
KVANTOVÁ ČÍSLA
1) Hlavní kvantové číslo – n, udává energii elektronu a je totožné s číslem valenční vrstvy a určuje číslo periody v PSP. Označuje se čísly 1-7 (K-Q)
2) Vedlejší kvantové číslo– l, vyjadřuje tvar orbitalu, nebývá hodnot nejvýše o 1 menší než n.
l= n-1 (Např: n=3, l=0,1,2)
3) Magnetické kvantové číslo– m, určuje prostorovou orientaci at. orbitalu. Nabývá hodnot od -l do +l. (Např: n=4; l=3,2,1,0; m= -3,-2,-1,0,1,2,3). Počet magnetických kvantových čísel určuje počet orientací v prostoru.
4) Spinové kvantové číslo – s, určuje stav (rotaci) elektronu, který se vyskytuje ve 2 polohách (rotuje 2 různými směry). Nabývá hodnot s +- ½. V jednom orbitalu – maximálně 2 elektrony s různým spinem. Obecně: 2n2
ELEKTRONOVÁ KONFIGURACE
Obsazování elektronů do atomových orbitalů, znázornění 2 způsoby.
1) pomocí rámečků – 1 rámeček- 1 orbital, orbitaly, které jsou degenerovány, mají stejnou energii > zapisují se podle počtu odpovídajících rámečků zapsaných do tabulky. V každém orbitalu jsou elektrony s opačným spinem.
Degenerované orbitaly: Orbitaly se stejnou E, zapisují se pomocí odpovídajícího počtu rámečků spojených do jednoho celku. V každém orbitalu jsou elektrony s opačným spinem.
2) pomocí hlavního a vedlejšího kvantového čísla
4s2
4- Hlavní kvantové číslo s – tvar orbitalu 2 – počet elektronu
PRAVIDLA OBSAZOVÁNÍ ORBITALŮ
1) Pauliho princip– v 1 orbitalu mohou být max. 2 elektrony, lišící se spinovým číslem ↑↓
2) Hundovo pravidlo– v degenerovaných orbitalech se el. zaplňují tak, že se nejprve obsadí po 1 elektronu se stejným spinem, teprve pak se vytváří el. pár.
3) Výstavbový princip –Elektrony se obsazují do atomových orbitalů podle rostoucí energií. Orbitaly s nejnižší energií se zaplňují dříve. Energie orbitalů se zvyšuje s rostoucí hodnotou součtu hlavního a vedlejšího čísla (n+l). Energie roste v pořadí: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p 8s
Valenční elektrony: elektrony v poslední vrstvě, určují chemické vlastnosti atomu prvku, počet valenčních elektronů se shoduje s číslem skupiny v periodické tabulce.
Elektronová konfigurace: 😯 (od nejnižší E dopočítávám elektrony do počtu elektronů atomu)
1s2 2s2 2p4
n=2, l=0,1 m=-1,0,1
Zkrácený zápis elektronové konfigurace: zapisuje se pomocí konfigurace nejbližšího, předchozího vzácného plynu (2He, 10Ne, 18Ar, 36Kr, 54Xe, 86Rn)
Př.: 51Sb (36Kr) 5s2 4d10 5p3
Elektronová konfigurace iontů: kationty mají méně el. anionty mají více el. týká se valenční (nejvýše obsazené vrstvy). Energie nutná k odtržení elektronu, ke vzniku kationtu – ionizační E, E uvolněná při vzniku aniontu – elektronová afinita. Př.: 33As3-… 33As = (18Ar) 4s2 3d10 4p3 … 33As3- =(18Ar) 4s2 3d10 4p0
Excitovaný stav: Dodáním ionizační E elektron přejde do vyšší energetické hladiny. Nastává excitovaný stav.
Prvek: látka složená z atomů o stejném protonovém čísle. Každý prvek má svůj název a svoji značku.
