Složení a struktura atomu

  • Atom se skládá z kladně nabitého jádra a záporně nabitého elektronového obalu
  • Jádro obsahuje protony a neutrony
  • Fermiony = proton, neutron, elektron, kvarky
  • V jádře je koncentrována veškerá hmotnost celého atomu
  • Jádro je v poměru k celému atomu velmi malé

Jádro atomu

  • Skládá se z kladných částic protonů p+ a nábojově neutrálních částic neutronů n0 → nukleony (počet udává nukleonové číslo A = N + Z)
  • Je v něm koncentrována veškerá hmotnost atomu
  • Počet protonů a neutronů v jádře udává nukleonové číslo A
  • Počet protonů v jádře udává protonové číslo Z
Neutron je TĚŽŠÍ než proton!

Proton

  • P, H (+)
  • První důkaz v anodovém záření (Moseley)

Nuklid

  • Látka složená z atomů se stejným protonovým a stejným neutronovým číslem
  • ® Látka složená z atomů o stejném nukleonovém čísle

Izotopy

  • Atomy se stejným počtem protonů, ale s různým počtem neutronů
  • ® liší se nukleonovým číslem

Elektronový obal

  • Thomson – zjistil e/me = 1,759.1011 C.kg-1
  • Je složen ze záporně nabitých elektronů e, které kompenzují kladný náboj jádra
  • Elektrony mají povahu jak částicovou, tak i vlnovou
  • Počet elektronů odpovídá počtu protonů v jádře
  • e+ – pozitron, náboj stejný s opačným znaménkem
Částice Náboj Hmotnost
PROTON +1,602 × 10-19 C 1,672 × 10-27 kg
ELEKTRON -1,602 × 10-19 C 9,109 × 10-31 kg
NEUTRON Bez náboje 1,674 × 10-27 kg

Modely atomů

  1. Thomsův model atomu (Pudinkový model) – J.J. Thomson (1898), atom je tvořen elektricky kladně nabitou látkou, v níž plavou záporně nabité elektrony, celkový náboj je pak nulový

  1. Planetární model atomu- E. Rutherford (1911); elektrony v atomovém obalu obíhají atomové jádro po neurčených kružnicích (podle modelu by se energie elektronů snižovala, elektrony by se přiblížily k jádru a atom by zanikl) = první rozumný model

  1. Bohrův model – Neils Bohr (1913), elektron se může bez vyzařování E pohybovat kolem jádra jen po určitých kvantových drahách, tzv. orbitaly
  • Elektron přijímá nebo vyzařuje E pouze při přechodu z jednoho orbitalu na druhý
  • Při přechodu na vzdálenější orbital E přijímá, při návratu na bližší orbital E vyzařuje

= 3 postuláty

– model obsahuje jádro a přesně definované sféry energií

E = h.υ → E = h.1/λ (h = Planckova konstanta = 6,626 × 10-34 J.s)

  1. Kvantově mechanický model atomu – vychází z kvantové mechaniky, elektronům přiřazuje vlastnosti částic i vlnění (vlnová funkce ψ = pozměněná energie)
    • Podle Heisenbergova principu neurčitosti nelze přesně určit polohu a hybnost elektronů
    • Pouze podle vlnové funkce lze vypočítat pravděpodobnost, s jakou se elektrony vyskytují v daném okamžiku v určité oblasti atomu

Stavba elektronového obalu

Elektronová hustota – hodnota pravděpodobnosti výskytu elektronu

  • Oblasti nejhustšího výskytu elektronů v el. obalu = orbitaly

Kvantová čísla

  • Charakterizují stav elektronu vyznačující se určitou energií a určitým rozložením elektronové hustoty kolem jádra atomu.
  • Hlavní kvantové číslo (n) = 1, 2, 3… (čím vyšší, tím je elektron dále od jádra)
  • Vedlejší kvantové číslo (l) = 0, 1, 2,…, n-1 (určuje tvar orbitalu)
  • Magnetické kvantové číslo (ml) = -l, -l+1,…, 0,…, +l (určuje orientaci orbitalu v prostoru)
  • Spinové kvantové číslo (ms) = +1/2, -1/2 (určuje směr rotace elektronu)

Šestým elektronem ve vrstvě jsou maximálně 2 elektrony.

Elektronová konfigurace

  • Ukazuje obsazení atomových orbitalů elektrony
  • K jejímu znázornění se používá rámečkových diagramů, elektrony značíme šipkami
  • Pro zaplňování elektronového obalu platí určitá pravidla:
  • Pauliho princip – V elektronovém obalu se nemohou vyskytovat 2 elektrony, které by měly všechna kvantová čísla stejná, musí se lišit alespoň spinovým číslem
  • Hundovo pravidlo – Orbitaly se stejnou energií (degenerované) se obsazují nejprve po jednom elektronu se stejným spinovým číslem, pak až druhým elektronem s opačným spinovým číslem
  • Výstavbový princip – Orbitaly s nižší energií se zaplňují dříve než s energií vyšší, pořadí: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p,…
  • Uvedená pravidla platí pro elektronovou konfiguraci atomu v základním stavu (s nejnižší energií), dodáním energie se dostane do excitovaného stavu (jeden nebo více valenčních elektronů přejde do vyšší energetické hladiny=excitace)

Periodická soustava prvků

Vychází z periodického zákona (aplikoval ho Moseley – záření, které vychází z jádra je přímosměrné pořadí atomu  

  • I. Mendělejev (1869)

Periodický zákon

  • Vlastnosti prvků jsou periodicky závislé na jejich protonovém čísle
  • Grafickým vyjádřením periodického zákona je Periodická Soustava Prvků

Periodická soustava prvků (PSP)

  • Prvky jsou zde uspořádány podle vzrůstajícího protonového čísla do:
    a) period
    b) skupin
  • Periody – sedm vodorovných řad, udává počet vrstev el.obalu (1-7, K-Q)
  • Skupiny – 18 svislých řad, udává počet valenčních elektronů nebo max. ox.č.
  • Prvky ve stejných skupinách mají podobné vlastnosti (alkalické kovy, kovy alkalických zemin, halogeny, chalkogeny, vzácné plyny)
  • V periodách jsou si nápadně podobné prvky za lanthanem (lanthanoidy) a za aktiniem (aktinoidy) = vnitřně přechodné prvky, vyčleňuj+í se z period

Periodický zákon a valenční elektrony

  • Nepřechodné prvkys-prvky:valenční elektrony zaplňují pouze hladinu ns (prvky 1. A 2. Skupiny+helium); p-prvky: valenční el. Zaplňují ns a np (prvky 13. -18. skupiny)
  • Přechodné prvkyd-prvky: valenční el. Zaplňují ns a (n-1)d (prvky 3. -12.skupiny)
  • Vnitřně přechodné prvkyf-prvky: valenční el. Obsazují ns a (n-2)f a (n-1)d, tzv. lanthanoidy a aktinoidy

Velikost atomů a PSP

  • periodách se poloměry atomů s rostoucím protonovým číslem zmenšují
  • Ve skupinách poloměry atomů nepřechodných prvků 1. až 6. periody s rostoucím protonovým číslem zřetelně rostou
  • Poloměry atomů přechodných prvků 5. a 6. periody jsou si blízké.
  • Kationty jsou vždy menší než příslušné atomy
  • Anionty jsou vždy vetší než příslušné atomy

Periodicity ionizačních energií a elektronových afinit

  • Ionizační energie je energie potřebná k odtržení prvního elektronu z obalu atomu.

Hodnoty ionizačních energií s rostoucím protonovým číslem v:
a) skupinách klesají
b) periodách rostou

  • Elektronová afinita je energie, která se uvolní, přijme li atom další elektron.

Elektronové afinity prvků 18. skupiny jsou velmi malé (tyto atomy elektrony
nepřijímají).
Největší hodnoty elektronových afinit mají prvky v pravé horní části tabulky (snadno
tvoří anionty).

  • Elektronegativita je schopnost přitahovat elektrony sdílené s jinými atomy.
    Prvky s malou elekronegativitou tvoří snadno kationty.
    Elektronegativita v periodě roste zleva doprava a zdola nahoru.
  • Kovový charakter stoupá zprava doleva a svrchu dolů

Prvky podle fyzikálních vlastností:

Nekovy-prvky s velkou el. afinitou, struktura valenčního orbitalu podobná nejbližšímu vyššímu vzácnému plynu (halogeny)

Polokovy– prvky mají některé vlastnosti kovů a některé nekovů (bor, křemík, tellur)

Kovy-prvky s nízkou ionizační energií (snadno tvoří kationty), kovový lesk, velká el. I tepelná vodivost, tažné, kujné (alkalické kovy)

Jaderné reakce

  • dochází k samovolné přeměně jádra, nebo účinkem jiné částice
  • průběh popsán rovnicemi

Radioaktivita – schopnost atomových jader samovolně se přeměňovat na atomová jádra jiných prvků za současného vyzařování radioaktivního záření- přirozená nebo umělá- poločas rozpadu= doba, za kterou se z výchozího počtu atomů přemění právě polovinaTypy jaderných reakcí

  • Prosté přeměny
  • Štěpení – u hmotných prvků
  • tříštění

Deuterium= atom s jádrem 2H, obsahuje jeden proton a jeden neutron a liší se od běžného vodíku atomovou hmotností (2,0136 mu)

  • Syntéza
  • pokud je počet nuklidů sudý, izotop bude mnohonásobně stabilnější, než izotop sudý
  • jaderná iniciace probíhá buď γ zářením nebo neutronem:

Přirozená radioaktivita=samovolný rozpad v přírodě se vyskytujících radioaktivních nuklidů (asi 50), byly u nich zjištěny 3 typy záření:

  • Záření α – proud rychle letících jader atomu (částice α), málo pronikavé, zadrží jej list papíru, silné ionizační účinky
  • Záření β – proud elektronů, které se uvolňují v jádře při přeměně neutronu na proton, pronikavější, menší ionizační účinky
  • Záření β+ – proud pozitronů, které se uvolňují v jádře
  • Záření γ – elektromagnetické vlnění, nejpronikavější, obvykle doprovází záření β nebo α

Rozpadové řady

  • Radioaktivní přeměna neprobíhá izolovaně, a pokud je následující nuklid radioaktivní, vznikají rozpadové řady
  • Každá řada má počáteční radioaktivní a konečný stabilní nuklid

Úkol 1:            Pro určité prvky se používají vžité (triviální) názvy. Doplňte chybějící údaje:Alkalické kovy                      Li, Na, K, Rb, Cs, Fr         Kovy alkalických zemin                   Ca, Sr, Ba, RaChalkogeny                             O, S, Se, Te, PoLantanoidy                    prvky s protonovým číslem 5871Transurany                      prvky stojící v řade za uranemPlatinové kovy                             Ru, Rh, Pd, Os, Ir, PtÚkol 2:Na příkladu elektronové konfigurace alkalických kovů a halogenů vysvětlete podobné vlastnosti těchto prvků. (el. Konfigurace valenčních elektronů, velikost atomů, ionizační energie, el. Afinita)Alkalické kovy

  • Velmi reaktivní
  • Mají jeden valenční elektron ® lehce se odtrhuje
  • ® vznikají lehce kationty
  • Malá ionizační energie
  • Malá elektronegativita
  • Malá elektronová afinita ® netvoří anionty

Halogeny

  • Velmi reaktivní
  • Vysoké elektronegativita
  • Vysoká el. afinita ® tvoří anionty
  • 7 valenčních elektronů
  • existují i kationty chlóru

Úkol 3:Jednou z nejtypičtějších vlastností přechodných prvků je schopnost tvořit koordinační sloučeniny. Určete centrální atom, ligandy, koordinační číslo a název následujících sloučenin.K3[Fe(CN)6] – hexakyanoželezitan draselný
1, centrální atom:  železo
2, ligandy: kyanid
3, koordinační číslo: 6K4[Fe(CN)6] – hexakyanoželeznatan draselný
1, centrální atom:  železo
2, ligandy: kyanid
3, koordinační číslo: 6[Ni(NH3)6] SO4 – síran hexaamin nikelnatý
1, centrální atom:  nikl
2, ligandy: amoniak
3, koordinační číslo: 6[Co(NH3)6][Cl]3 – chlorid hexaamin kobaltový
1, centrální atom:  kobalt
2, ligandy: amoniak
3, koordinační číslo: 6[Cu(NH3)4][Cl]2 – chlorid tetraamin měďnatý
1, centrální atom:  měď
2, ligandy: amoniak
3, koordinační číslo: 4

Číslo skupiny Skupinový název Číslo skupiny Skupinový název
  1. (kromě H)
Alkalické kovy 15. Pentely
  1. (kromě Be a Mg)
Kovy alkalických zemin 16. Chalkogeny
13. Triely 17. Halogeny
14. Tetrely 18. Vzácné plyny

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *