Náboj a hmotnost elektronu

Podobné dokumenty
Náboj a hmotnost elektronu

Pojem prvku a atomu v historii chemie

2. Atomové jádro a jeho stabilita

FYZIKA MIKROSVĚTA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Fyzika mikrosvěta - 3. ročník

Atomová fyzika - literatura

Jádro se skládá z kladně nabitých protonů a neutrálních neutronů -> nukleony

Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno

Praktikum III - Optika

Látkové množství. 6, atomů C. Přípravný kurz Chemie 07. n = N. Doporučená literatura. Látkové množství n. Avogadrova konstanta N A

1. Ze zadané hustoty krystalu fluoridu lithného určete vzdálenost d hlavních atomových rovin.

Krystalografie a strukturní analýza

Chemie. Mgr. Petra Drápelová Mgr. Jaroslava Vrbková. Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou

Třídění látek. Chemie 1.KŠPA

OPVK CZ.1.07/2.2.00/

stechiometrický vzorec, platné číslice 1 / 10

Agrochemie - cvičení 05

DUSÍK NITROGENIUM 14,0067 3,1. Doplňte:

SPEKTRÁLNÍ METODY. Ing. David MILDE, Ph.D. Katedra analytické chemie Tel.: ; (c) David MILDE,

Atomové jádro Elektronový obal elektron (e) záporně proton (p) kladně neutron (n) elektroneutrální

Metody využívající rentgenové záření. Rentgenografie, RTG prášková difrakce

ATOMOVÉ JÁDRO. Nucleus Složení: Proton. Neutron 1 0 n částice bez náboje Proton + neutron = NUKLEON PROTONOVÉ číslo: celkový počet nukleonů v jádře

Skupenské stavy. Kapalina Částečně neuspořádané Volný pohyb částic nebo skupin částic Částice blíže u sebe

POKUSY VEDOUCÍ KE KVANTOVÉ MECHANICE II

Metody využívající rentgenové záření. Rentgenovo záření. Vznik rentgenova záření. Metody využívající RTG záření

Úloha 21: Studium rentgenových spekter

SBÍRKA ŘEŠENÝCH FYZIKÁLNÍCH ÚLOH

MO 1 - Základní chemické pojmy

Částicové složení látek atom,molekula, nuklid a izotop

Úvod do moderní fyziky. lekce 3 stavba a struktura atomu

Atom a molekula - maturitní otázka z chemie

Atomistická teorie (Dalton, 1803)

OBECNÁ CHEMIE. Kurz chemie pro fyziky MFF-UK přednášející: Jaroslav Burda, KChFO.

Od kvantové mechaniky k chemii

8.1 Elektronový obal atomu

1 Teoretický úvod. 1.2 Braggova rovnice. 1.3 Laueho experiment

CHEMICKÉ VÝPOČTY I. ČÁST LÁTKOVÉ MNOŽSTVÍ. HMOTNOSTI ATOMŮ A MOLEKUL.

Rozměr a složení atomových jader

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

ATOMOVÁ FYZIKA JADERNÁ FYZIKA

Hmotnostní spektrometrie

odpuzují, když je zmáčkneme příliš blízko k sobě. V této světě, stačí k tomu jen trocha fantazie a přemýšlení.

Emise vyvolaná působením fotonů nebo částic

Nukleární magnetická rezonance (NMR)

Chemie a fyzika pevných látek l

Hydrochemie koncentrace látek (výpočty)

Dualismus vln a částic

INTEGROVANÁ STŘEDNÍ ŠKOLA TECHNICKÁ BENEŠOV Černoleská 1997, Benešov Chemie. Atom a jeho elementární částice - Pracovní list. Ročník 1.

ATOM. atom prvku : jádro protony (p + ) a neutrony (n) obal elektrony (e - ) protonové číslo 8 nukleonové číslo 16 (8 protonů + 8 neutronů v jádře)

Skupenské stavy látek. Mezimolekulární síly

Složení látek a chemická vazba Číslo variace: 1

N A = 6, mol -1

RTG difraktometrie 1.

Balmerova série, určení mřížkové a Rydbergovy konstanty

Relativistická dynamika

Chemické repetitorium. Václav Pelouch

2. ATOM. Dualismus částic: - elektron se chová jako hmotná částice, ale také jako vlnění

Číslo projektu: CZ.1.07/1.4.00/ Název DUM: Model atomu Číslo DUM: III/2/FY/2/2/2 Vzdělávací předmět: Fyzika Tematická oblast: Elektrické a

ATOMOVÁ SPEKTROMETRIE

Atomové jádro, elektronový obal

jádro a elektronový obal jádro nukleony obal elektrony, pro chemii významné valenční elektrony

13. Kolik molů vodíku vznikne reakcí jednoho molu zinku s kyselinou chlorovodíkovou?

Rentgenová spektrální analýza Elektromagnetické záření s vlnovou délkou 10-2 až 10 nm

CHEMICKY ČISTÁ LÁTKA A SMĚS

Chemie a fyzika pevných látek p2

Úvod do spektrálních metod pro analýzu léčiv

Fyzika IV. Pojem prvku. alchymie. Paracelsus (16.st) Elektronová struktura atomů

Kapitoly z fyzikální chemie KFC/KFCH. VII. Spektroskopie a fotochemie

Atom jeho složení a struktura Tento výukový materiál vznikl za přispění Evropské unie, státního rozpočtu ČR a Středočeského kraje

INTERAKCE IONTŮ S POVRCHY II.

Základy elektrotechniky - úvod

Stavba atomu historie pohledu na stavbu atomu struktura atomu, izotopy struktura elektronového obalu atom vodíkového typu

Stavba atomů a molekul

CZ.1.07/1.5.00/ Zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. Hmota a její formy VY_32_INOVACE_18_01. Mgr. Věra Grimmerová

Úloha 5: Studium rentgenových spekter Mo a Cu anody

Balmerova série. F. Grepl 1, M. Benc 2, J. Stuchlý 3 Gymnázium Havlíčkův Brod 1, Gymnázium Mnichovo Hradiště 2, Gymnázium Šumperk 3

ATOMOVÉ JÁDRO A JEHO STRUKTURA. Aleš Lacina Přírodovědecká fakulta MU, Brno

SPEKTROSKOPIE NUKLEÁRNÍ MAGNETICKÉ REZONANCE

Úvod do strukturní analýzy farmaceutických látek

Optické spektroskopie 1 LS 2014/15

Diskutujte, jak široký bude pás spojený s fosforescencí versus fluorescencí. Udělejte odhad v cm -1.

10A1_IR spektroskopie

Geochemie endogenních procesů 1. část

Geochemie stabilních izotopů (lehkých prvků) LS 2012/2013. J. Zachariáš G431P30.

NMR spektroskopie Instrumentální a strukturní analýza

Inovace výuky prostřednictvím šablon pro SŠ

INSTRUMENTÁLNÍ METODY

13. Spektroskopie základní pojmy

2. Elektrotechnické materiály

TEST 2. Anotace: Očekávaný výstup: Klíčová slova Organizace řízení učební činnosti: Nutné pomůcky:

ZŠ ÚnO, Bratří Čapků 1332

Protonové číslo Z - udává počet protonů v jádře atomu, píše se jako index vlevo dole ke značce prvku

Metody pro studium pevných látek

Atom vodíku. Nejjednodušší soustava: p + e Řešitelná exaktně. Kulová symetrie. Potenciální energie mezi p + e. e =

Chemické výpočty. výpočty ze sloučenin

OBSAH. 1) Směsi. 2) Voda, vzduch. 3) Chemické prvky (názvy, značky) atomy prvků, molekuly. 4) Chemické prvky (vlastnosti, použití)

PRAKTIKUM IV Jaderná a subjaderná fyzika

ATOM. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: osmý

Stavba hmoty. Atomová teorie Korpuskulární model látky - chemické

Transkript:

1911 změřil náboj elektronu Pomocí mlžné komory q = 1.602 177 10 19 C Náboj a hmotnost elektronu Elektrický náboj je kvantován, Každý náboj je celistvým násobkem elementárního náboje (elektronu) z hodnoty q a q/m e vypočetl hmotnost elektronu m e = 9.109 39 10 31 kg Robert Millikan (1868-1953) NP za fyziku 1923 1

Měření rychlosti pádu kapiček při různém napětí na deskách Mlžná komora Zdroj ionizujícího záření Hmotnost olejových kapiček 2

1886 Anodové (kanálové) paprsky Kationty plynu Proton q/m p = 9.579 10 7 C g 1 m p = 1.672648 10 27 kg Jsou různé pro různé druhy použitého plynu, odpuzovány kladným potenciálem, celistvé násobky e, nejmenší pro H 2 q p = elememtární náboj = 1.602 177 10 19 C 3

Nukleární model atomu 1911 Rozptyl α částic na Au Radium zdroj alfa částic Sulfid zinečnatý Ernest Rutherford (1871-1937) NP za chemii 1908 4

Experiment - rozptyl α částic 5

Experiment - rozptyl α částic Model 1 Thomson Model 2 Rutherford Většina projde bez změny směru = Prázdný prostor Malý počet je odražen zpět 6 Srážka s masivní nabitou částicí = jádro

Nukleární model atomu Většinu objemu atomu tvoří oblak negativního náboje s malou hmotností Jádro atomu Jádro atomu sestává z pozitivního náboje s vysokou hustotou (1.6 10 14 g cm 3 ) Hmotnost jádra činí 99.9% hmotnosti atomu 7

Objevy elementárních částic 8

Elementární částice Částice Symbol El. náboj Spin m, kg m, amu Elektron e 1 ½ 9.11 10 31 0.0005486 Proton p +1 ½ 1.673 10 27 1.007276 Neutron n 0 ½ 1.675 10 27 1.008665 9

X záření pronikající hmotou Rentgenovo záření Wilhelm K. Roentgen (1845-1923) NP za fyziku 1901 10

Rentgenovo záření U = 30 60 kv Vlnová délka λ = 0.1 100 Å podle druhu anody Materiál anody Cu K α E = 8.05 kev λ = 1.541 Å 11

Spektrum rentgenova záření K α nejintenzivnější linie Charakteristické čáry Pro různé prvky 1 Ångström = 10 10 m Minimum ev = hν Brzdné záření Vlnová délka, Å 12

Moseleyho zákon ΰ(K α ) = vlnočet linie K α Vlnočet linie K α je různý pro různé prvky Henry Moseley (1887-1915) Zabit ostřelovačem ν ~ ( ) = C( Z 1) K α 13

Atom A, Nukleonové číslo Z, Protonové číslo 19 9 F A = Z + N Nuklid = soubor atomů se stejným A a Z Prvek = soubor atomů se stejným Z 14

Moseleyho zákon ~ 3R ν = Z 4 ( 1) ΰ(K α ) = vlnočet linie K α R = Rydbergova konstanta Z = celé číslo = protonové číslo Protonové číslo 15

1913 Moseleyho zákon Správné pořadí prvků v periodickém systému Z = 27 Co 58.933 Z = 28 Ni 58.71 Předpověděl prvky: Z = 43 (Tc), 61 (Pm), 72 (Hf), 75 (Re) Oprava periodického zákona (Mendělejev 1869): Vlastnosti prvku závisí na protonovém čísle ne na atomové hmotnosti Atomové (protonové) číslo prvku je rovno počtu protonů v jádře. 16

Izotopy 1 H protium 2 H = D deuterium 3 H = T tricium 1 H 2 H = D 3 H = T Liší se fyzikální vlastnosti Teploty varu (K) : H 2 20.4, D 2 23.5, T 2 25.0 17

Přírodní zastoupení, % 1 H 99.985 2 H 0.015 12 C 98.89 13 C 1.11 14 N 99.63 15 N 0.37 16 O 99.759 17 O 0.037 18 O 0.204 32 S 95.00 33 S 0.76 34 S 4.22 36 S 0.014 18

Kolísání přírodního zastoupení, % 10 B 18.927-20.337 19.9 (7) 11 B 81.073-79.663 80.1 (7) 16 O 99.7384-99.7756 99.757 (16) 17 O 0.0399-0.0367 0.038 (1) 18 O 0.2217-0.1877 0.205 (14) Sledování změny poměrného zastoupení izotopů je využíváno v geochemii původ a stáří hornin 19

Ne Ne + + e + Hmotnostní spektrometrie J. J. Thomson objevil dva izotopy Ne 20 Ne 90.48% 21 Ne 0.27% 22 Ne 9.25% Nakresli si hmotnostní spektrum Neonu! 20

Hmotnostní spektrometrie 1. Ionizace 2. Rozdělení podle m/z 3. Detekce 21

Hmotnostní spektrometrie TOF (Time-of-flight) 22

Hmotnostní spektrum Hg 80 A Hg 196 198 199 200 201 202 204 % 0.146 10.02 16.84 23.13 13.22 29.80 6.850 23

Hmotnostní spektrum Cl 2 35 Cl + a 37 Cl + ( 35 Cl- 35 Cl) + ( 35 Cl- 37 Cl) + ( 37 Cl- 37 Cl) + 17 Cl 35 75.8 % 37 24.2 % m/z 24

Izotopomery CH 3 CD 3 CD 2 H CD 3 D D D D D H 2 O D 2 O HDO H 2 17 O H 2 18 O H 3 C C N D 3 C C N D 2 HC C N H 3 13 C C N H 3 C 13 C N H 3 C C 15 N 25

Izotopická substituce Značené sloučeniny 13 C/ 15 N peptidy IR spektrum, vibrace AlH 3 /AlD 3 Redukovaná hmotnost: m = m 1 m 2 /(m 1 + m 2 ) v = 1 2π k m H/D kinetický izotopový efekt: k H /k D = 4 15 26

Hmotnost mol Avogadrova konstanta Prvky se slučují ve stálých hmotnostních poměrech: NaCl: 23.0 g sodíku s 35.5 g chloru Škála relativních atomových hmotností: H = 1.0, C = 12.0, O = 16.0 Definice molu: 12.0 g C = 1 mol Pak 23.0 g Na = 1 mol 1 mol = 22.4 litru Změřit kolik částic je v 1 molu = Loschmidt, Perrin,... N A = 6.022 10 23 mol 1 27

Atomová hmotnostní jednotka Avogadrova hypotéza: Při stejné teplotě a tlaku obsahují stejné objemy různých plynů stejný počet částic Nejsnadnější bylo určit relativní atomové hmotnosti plynů Kyslík váží 16krát více než vodík Kyslík tvořísloučeniny s většinou prvků, standard O = 16 Chemická analýza dává průměrnou hmotnost O = 16 (směs isotopů) Hmotnostní spektrometrie dává izotopovou hmotnost 16 O = 16 28

Atomová hmotnostní jednotka 1961 Atomová hmotnostní jednotka kompromis mezi stupnicemi založenými na O/ 16 O = 16, zvolili nuklid 12 C 1 amu = 1 u = 1 m u = 1 d = 1 (Dalton) = 1/12 hmotnosti atomu nuklidu 12 C 1 amu = 1.6606 10 27 kg Hmotnost 1 atomu 12 C je 12 amu (definice) Hmotnost 1 molu 12 C je 12 g přesně (Počet platných číslic?) 29

Relativní atomová hmotnost Nuklidová hmotnost = hmotnost čistého izotopu Atomová (střední) hmotnost prvku = průměr hmotností izotopů vážený přirozeným zastoupením Relativní atomová hmotnost = m(a) / amu [bezrozměrná] 1 amu = 1.6606 10 27 kg Hmotnost 1 atomu 12 C je 12 amu (definice) = 12 1.6606 10 27 kg Relativní atomová hmotnost 12 C = 12 Hmotnost 1 molu 12 C je 12 g přesně m( atomu) A r = amu 30

Střední atomová hmotnost Přírodní C: 98.892 % 12 C 1.108 % 13 C Nuklidová hmotnost 12 C = 12 amu Nuklidová hmotnost 13 C = 13.00335 amu Střední atomová hmotnost C (vážený průměr): A stř = (0.98892)(12) + (0.01108)(13.00335) = 12.011 amu 1 amu = 1.6606 10 27 kg 31

Střední atomová hmotnost Mo, molybden A stř = 95.94 Hm. číslo Nukl. Hmotnost, amu Zastoupení, % 92 91.906808 14.84 94 93.905085 9.25 95 94.905840 15.92 96 95.904678 16.68 97 96.906020 9.55 98 97.905406 24.13 100 99.907477 9.63 32

Střední atomová hmotnost Prvek Nuklidy Z N A Nuklidová hm., amu PZ, % Atomová hmotnost, amu H H D T 1 1 1 0 1 2 1 2 3 1.007825 2.01410 99.985 0.015 1.0079 He 3 He 2 1 3 3.01603 0.00013 4.0026 4 He 2 2 4 4.00260 99.99987 B 10 B 5 5 10 10.01294 19.78 10.81 11 B 5 6 11 11.00931 80.22 F 19 F 9 10 19 18.99840 100 18.9984 Platné číslice 33

Střední relativní atomová hmotnost 24.305 12 Mg 1 atom (průměrný) Mg má hmotnost 24.305 amu 1 mol Mg má hmotnost 24.305 g 34

Relativní molekulová hmotnost Výpočet M r ze vzorce M r (CO 2 ) = A r (C) + 2 A r (O) = 44.01 M r (CuSO 4.5H 2 O) = = A r (Cu) + A r (S) + (4 + 5) A r (O) + 10 A r (H) = 249.68 Molární hmotnost CuSO 4.5H 2 O = 249.68 g mol 1 35

Výpočet % složení ze vzorce C 3 H 12 O 4 PN M r (C 3 H 12 O 4 PN)= = 3 A r (C) + 12 A r (H) + 4 A r (O) + 1 A r (P) + 1 A r (N) = 157.11 M r (C 3 H 12 O 4 PN) = 157.11.100% 3 A r (C).22.92% 12 A r (H) 7.70% 4 A r (O).40.74% 1 A r (P)..19.72% 1 A r (N) 8.92% 36

Výpočet empirického vzorce Vypočítejte stechiometrický vzorec sloučeniny, která se skládá z 26.58% K, 35.35% Cr a 38.07% O. Hledáme stechiometrické koeficienty x, y, z K x Cr y O z 26.58 x = = 0.6798...1 39.098 35.35 y = = 0.6799...1.0001 51.990 38.07 z = = 2.3795...3.4998 15.999 n = m Ar K 1 Cr 1.0001 O 3.4998 K 2 Cr 2 O 7 37

Rentgenovo záření v medicíně a chemii 38

Difrakce Spektroskopie energetické hladiny, interpretace poskytne informace o vazebných parametrech Difrakce čistě geometrický jev, závisí na rozložení difraktujících bodů (atomů) a vlnové délce záření, poskytne přímé informace o rozložení atomů 39

Pohyb vlny Difrakce záření Vznikají kulové vlny interferují = sčítají se nebo odčítají Difraktující body 40

Difrakce 1912 Difrakční experiment Přirozená mřížka = krystal, např. LiF, pravidelné uspořádání atomů. Vzdálenosti rovin (řádově jednotky Å) jsou srovnatelné s vlnovou délkou rentgenova záření. Max von Laue (1879-1960) NP za fyziku 1914 41

Difrakce na atomech 42

Krystal Základní buňka 43

Difrakce na krystalových rovinách 44

Braggůvzákon 2 d sinθ = nλ W. Henry a W. Lawrence Bragg NP za fyziku 1915 45

Rentgenová prášková difrakce - Po 46

Rentgenová strukturní analýza 47

Rentgenová strukturní analýza Mapa elektronové hustoty Polohy atomů v elementární buňce Vazebné délky a úhly Vibrace 48

NMR Jaderný spin, I I = 0 : 12 C, 16 O sudo-sudá(z/n) I = ½ : n, p, 13 C, 1 H, 31 P, 19 F, 29 Si I > ½ : D, 27 Al, 14 N 49

Proton (I = ½) v magnetickém poli Rozdíl v energiích hladin Intenzita magnetického pole B 0 50

51

NMR Rozliší Geometricky (tedy i chemicky) odlišné atomy v molekule Intenzita signálu odpovídá počtu jader Z interakcí lze zjistit propojení fragmentů v molekule 13 C NMR 52

NMR C 60 je vysoce symetrická molekula, všechny atomy jsou geometricky (tedy i chemicky) stejné. Jediný signál v 13 C NMR spektru 53

NMR Dynamika pohybu molekul v závislosti na teplotě 54

MRI-Magnetic Resonance Imaging Paul C. Lauterbur (1929) Sir Peter Mansfield (1933) NP za fyziologii a medicínu 2003 55