Gymnázium a Střední odborná škola, Rokycany, Mládežníků 1115

Transkript

1 Gymnázium a Střední odborná škola, Rokycany, Mládežníků 5 Číslo projektu: CZ..07/.5.00/ Číslo šablony: 7 Název materiálu: Ročník: Identifikace materiálu: Jméno autora: Předmět: Tématický celek: Atom a kvantová čísla 4. ročník RAN_52_7_atom_a_kvantova_cisla Drahomíra Rancová Přírodovědný seminář Obecná chemie Anotace: Datum: Doplněk k opakování k maturitě, podstata tvorby sloučenin, kvantová čísla

2 Atom

3 Atomová teorie zakladatel J. Dalton, počátek 9. století Prvky složeny z atomů Atomy téhož prvku po chemické stránce všechny stejné Při chemických reakcích - spojování, oddělování a přeskupování atomů Atomy při těchto reakcích: nevznikají nemizí nepřeměňují na atomy jiného prvku

4 Atomová teorie zakladatel J. Dalton, počátek 9. století Spojování atomů 2 nebo více prvků sloučeniny Poměr slučování atomů je pro danou sloučeninu stálý zákon stálých poměrů slučovacích

5 Struktura atomu Atomové jádro kladně nabité Elektronový obal záporně nabitý Hmotnost jádra = 99% hmotnosti atomu Kdyby jádro mělo průměr 0 mm, obal by měl průměr 0 m

6 Atomové jádro Obsahuje protony a neutrony = nukleony Značení: Protonu p Neutronu n 0

7 Atomové jádro Protonové číslo Z počet protonů Neutronové číslo N počet neutronů Nukleonové číslo A (hmotnostní) počet nukleonů Značení atomů: A X Z

8 Izotopy Atomy téhož prvku lišící se počtem neutronů Stejné protonové, ale různé nukleonové číslo Př. - Izotopy vodíku: H Protium lehký vodík proton 2 H Deuterium těžký vodík proton a neutron 3 H Tritium proton a 2 neutrony

9 Modely atomu Thomson 904 kladný náboj je rovnoměrně rozložený po celém atomu (pudingový model) Rutheford kladný náboj je soustředěn do jádra stejný počet kladných a záporných nábojů planetární model Sluneční soustava Bohr elektrony se pohybují po kruhových drahách (orbitalech), při přechodu elektronu se uvolní určité množství energie - základ kvantové teorie

10 4. Kvantově-mechanický model atomu Schrödingerova vlnová funkce Dají se vypočítat energetické hladiny elektronu a rozdělení elektronové hustoty Zavádějí se pojmy orbital a kvantová čísla

11 Radioaktivita Becquerel 896 objevil schopnost uranu vysílat záření nuklidy, které vykazují radioaktivitu nazval radionuklidy Radioaktivita = schopnost atomových jader vysílat určitý druh záření za současného rozpadu jader. Příčina radioaktivity nukleony jsou poutány přitažlivými silami, které mají krátký dosah působení. S rostoucím počtem protonů rostou odpudivé síly a jádra se stávají nestabilními

12 Radioaktivní záření = proud rychle letících heliových jader He proniká několikacentimetrovou vrstvou vzduchu a velmi tenkými foliemi = proud rychle letících elektronů, které vznikají v jádře rozpadem neutronů n 0 e Je 00x pronikavější než 0 p

13 Radioaktivní záření = elektromagnetické záření o vysoké energii Dá se zachytit vrstvou betonu nebo olověnou deskou Poločas rozpadu doba, za kterou se rozpadne polovina jader

14 Radioaktivní přeměny U He Th Th e Pa

15 Radioaktivní rozpadové řady. Thoriová 2. Neptuniová 3. Uran radiová Uran aktiniová

16 Umělá radioaktivita Rutheford 99 průchodem částic čistým dusíkem vzniká kyslík a uvolňují se protony 4 4 N O Princip umělé radioaktivity bombardováním neradioaktivního prvku některými částicemi (,proton, neutron) dochází k přeměně jader - manželé Curie 7 p

17 Umělá radioaktivita 27 4 Al He P Pozitrony vznikají v okamžiku jaderné přeměny z protonu 30 P Si 5 4 p n e 0 e n

18 Použití radionuklidů Lékařství Diagnostika Onkologie Technika Kontrola celistvosti materiálů Archeologie Stáří předmětů Jaderná energetika

19 Štěpné jaderné reakce Těžší jádro se mění na 2 lehčí Př.: U n Ba Kr Řetězová reakce kontrolovatelný průběh částečným zachycováním vzniklých neutronů 93 0 n

20 Termonukleární reakce Ze 2 lehčích jader vznikne těžší Př.: Vodíková bomba H D Uvolňuje se větší množství energie než při štěpných reakcích Zatím se nedají řídit He

21 Elektronový obal Vlnově mechanický model atomu Teorie: vlnová (kvantová) mechanika L.de Broglie, Heisenberg, Schrödinger Orbital prostor, ve kterém se s velkou pravděpodobností (99,9..%) nachází elektron Energie orbitalů je kvantována = při přechodu z jedné energetické hladiny na druhou je potřeba přesně stanovené kvantum energie

22 Kvantová čísla Hlavní kvantové číslo n nabývá hodnot teoreticky od do nekonečna prakticky od do 7 udává energii orbitalu (vzdálenost od jádra) elektrony ve stavech se stejným n tvoří jednu elektronovou vrstvu (slupku) n značení vrstev K L M N O P Q

23 Kvantová čísla Vedlejší kvantové číslo hodnoty: od 0 do n- = od 0 do 6 Udává tvar orbitalu hodnota označení tvaru orbitalu s p d f s tvar koule p tvar prostorové osmičky (mašle) d tvar dvojmašle

24 Orbital typu s Idealizovaný tvar atomového orbitalu s (vlevo) a 2s (vpravo) podle rozložení elektronové hustoty

25 Orbital typu p Idealizovaný tvar p-orbitalů s různou prostorovou orientací.

26 Kvantová čísla Magnetické kvantové číslo značí se m nabývá hodnot -, 0, + Udává: orientaci orbitalu v prostoru počet magnetických kvantových čísel odpovídá počtu degenerovaných orbitalů

27 Kvantová čísla Spinové kvantové číslo značí se s nabývá hodnot -/2, +/2 udává rotaci elektronu není pro orbital, ale pro elektron

28 Značení: s (l=0), p (l=), d (l=2), f (l=3), g (l=4), h (l=5) n l m l symbol AO degenerace Obsazení elektrony vrstva el. ve vrstvě 0 0 s není 2 K s není 2 2-2p p 3x p s není 2 6 L 8 3-3p p 3x p 3d 3d 3d 5x M d d 2

29 Elektronová konfigurace = obsazení jednotlivých orbitalů elektrony Pravidla pro vytváření elektronových konfigurací Výstavbový princip Orbitaly se obsazují elektrony podle vzrůstající energie s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p

30 Výstavbový trojúhelník s p d f

31 Pauliho vylučovací princip Každý orbital je obsazen nejvýše dvěma elektrony, které se od sebe liší svým spinem.

32 Hundovo pravidlo Orbitaly se stejnou energií (degenerované) se obsazují nejprve všemi elektrony se stejným spinem, pak teprve se spinem opačným.

33 Vnitřní a valenční elektrony valenční elektrony = elektrony přítomné na AO o nejvyšším hlavním nebo nejvyšším vedlejším kvantovém čísle valenční sféra atomu = skupina AO, které obsahují valenční elektrony (Tyto AO jsou u daného atomu zčásti nebo úplně zaplněny a nepatří do elektronové konfigurace nejblíže nižšího vzácného plynu.) valenční sféra atomu = skupina AO, které obsahují valenční elektrony (Tyto AO jsou u daného atomu zčásti nebo úplně zaplněny a nepatří do elektronové konfigurace nejblíže nižšího vzácného plynu.) elektrony mimo valenční sféru atomu = vnitřní elektrony

34 Ionizační energie Ionizační energie I = práce, kterou musíme vynaložit, abychom z atomu v základním stavu odtrhli nejslaběji poutaný elektron a úplně jej vzdálili z prostoru atomu I [kj/mol], příp. [ev/atom] Ionizačním energiím potřebným k vytváření iontů s vyšším nábojem se říká ionizační energie vyšších stupňů. Jsou vždy větší než první ionizační energie. Nejnižší ionizační energii mají alkalické kovy (jeden elektron v nově zaplňované n-té vrstvě) Maximální hodnoty ionizačních energií mají vzácné plyny (zcela zaplněná n-tá vrstva).

35 Elektronová afinita Elektronová afinita = energie uvolněná při připoutání elektronu k atomu za vzniku aniontu Elektrony jsou snadněji poutány těmi atomy, jejichž elektronová valenční sféra se svým zaplněním blíží struktuře vzácného plynu Prvky s velkou elektronovou afinitou (např. F, Cl, Br, I) snadno tvoří anionty

36 Periodická soustava prvků Periodický zákon: Vlastnosti prvků jsou periodickou funkcí jejich protonového čísla Periody : 7 vodorovných řad Skupiny : 8 svislých sloupců tvoří 8 skupin

37 Periodická soustava prvků A skupiny = hlavní - nepřechodné prvky B skupiny = vedlejší - přechodné prvky IA alkalické kovy IIA kovy alkalických zemin od Ca VIA chalkogeny VIIA halogeny VIIIA vzácné plyny

38 Periodická soustava prvků s prvky valenční elektrony na hladině s p prvky valenční e - v hladině ns, np d prvky ns a (n-)d f prvky ns, (n-)d, (n-2)f

39 Použité informační zdroje Literatura: Benešová M., Pfeiferová E., Satrapová H. Odmaturuj z chemie, 2. přepracované. vyd. BRNO: Didaktis spol. s r.o., 204, ISBN